X射线衍射分析-正式6课件

1、2.10 X-ray物相分析什么是物相分析？ 以往我们熟悉的是材料的元素组成及其含量的的分析，如：Fe：96.5%；C：0.4%；Ni：1.8%。，这是化学分析。 而我们在本节的目的是由哪些“相”组成的，而不是元素或元素的含量。 如TiAl金属间化合物，若采用化学分析，其元素组成仍是Ti和Al元素，但是用X射线物相分析却可以知道材料中存在的是Ti3Al, TiAl,TiAl3金属间化合物，物相分析可得到元素的结合态和相的状态。本节导言：2.10 X-ray物相分析物相鉴定 定量分析定性分析金相法电子衍射XRD本节导言： X-ray物相分析是一项应用十分广泛且有效地分析手段，在地质矿产、材料、冶

2、金等行业经常有所应用。在区分物质同素异构体时，X射线分析十分准确迅速。例如，已经证实，Al2O3的同素异构体有14种之多，它们均能够被X射线物相分析所区分，而其它方法则无能为力。 物质分析包括： 成分分析（化学，光谱，能谱）-测定化学元素的组成，如Fe,Cr,C 物相分析（X射线衍射分析）-测定元素（当样品为纯物质时） -测定物相（当样品为化合物或固溶体时） 材料的成份和组织结构是决定其性能的基本因素，化学分析能给出材料的成份，金相分析能揭示材料的显微形貌，而X射线衍射分析可得出材料中物相的结构及元素的存在状态。因此，三种方法不可互相取代。物相分析包括定性分析和定量分析两部分。 Ic衍射角2背

3、景Ia衍射强度晶区衍射非晶区衍射IcIaX-ray为什么能够进行物相分析呢？每种结晶物质都有自己特定的晶体结构参数，如点阵类型、晶胞大小、原子数目和原子在晶胞中的位置等。X-ray在某种晶体上的衍射必然反映出带有晶体特征的特定衍射花样（衍射位置， 衍射强度I）。根据衍射线条的位置经过一定的处理便可以确定物相是什么，这就是定性分析；根据衍射线条的位置和强度就可以确定物相有多少，这便是定量分析。 2.10 X-ray物相分析X射线物相分析给出的结果，不是试样的化学成分，而是由各种元素组成的具有固定结构的物相。2.10 X-ray物相分析（2）卡片a. PDF卡片简介 J.D.Hanawalt等人于

4、1938年首先发起，以d-I数据组代替衍射花样，制备衍射数据卡片。 1942年“美国材料试验协会（ American Society for Testing Materials ）”出版约1300张衍射数据卡片（ASTM卡片）。 1969年成立了“粉末衍射标准联合委员会”，由它负责编辑和出版粉末衍射卡片(Powder Diffraction File)，称为PDF卡片。2.10 X-ray物相分析现在由国际衍射资料中心ICDD (International Center for Diffraction Data)出版；到1985年出版约46000张，平均每年2000张问世。将d、I及晶体学常数

5、按一定格式组成；b.形式卡片（卡集）书微缩胶片电子版（磁盘、光盘）Historical “Card” FormatNew PDF-4 Card offering tabular visualization and on-the-fly calculationsPDF Card historical card formatNew format data rearranged in tabular sections with point and click interfacesStill have “card” optionPDF Card new format(1)1a,1b,1c三数据为三条最

6、强衍射线对应的面间距,1d为最大面间距；(2)2a,2b,2c,2d为上述各衍射线的相对强度，其中最强线的强度为100；(4)晶系空间群晶胞边长轴率A=a0/b0 C=c0/b0轴角单位晶胞内“分子”数数据来源2.10 X-ray物相分析五栏：光学性质： 、n、折射率；Sign光性正负；2V光轴夹角；D密度；mp熔点；Color颜色； Ref参考资料。六栏：试样来源，制备方法；化学分析，有时亦注明升华点（S.P.），分解温度（D.T.），转变点（T.P.），摄照温度等。七栏：物相的化学式和名称。在化学式之后常有一个数字和大写英文字母的组合说明。数字表示单胞中的原子数；英文字母表示布拉菲点阵类型

7、。（3）索引2.10 X-ray物相分析 PDF卡片索引是一种能帮助实验者从数万张卡片中迅速查到所需要的PDF卡片的工具书。字母索引（按化学名称）已知成分数值索引（按d值大小）成分未知（3）索引2.10 X-ray物相分析 是按照粉末衍射卡片里各物相英文名称的第一个字母顺序排列。当已知或已估计出物相的名称时，或已知物相化学式时，可用字母序索引。字母索引（3）索引2.10 X-ray物相分析 数字索引有哈那瓦尔特(Hanawalt)索引和芬克(Fink)索引。 HI是一种按衍射相对强度递减排序的数据索引。若衍射谱图中衍射峰明锐，谱线较少重叠，即衍射相对强度数据较可靠，则可使用此索引。 FI是一种

8、连续或分两段按d值大小顺序排列的数据索引。通常，实测衍射数据是按d值从大到小排序，所以，用FI索引比较方便。数字索引（按d值大小）成分未知2.10 X-ray物相分析（4）定性分析方法a. 获得衍射花样；可以用照相法或衍射仪法测定其粉末衍射花样。b.计算面间距d值，记录各线条的相对强度I/I1值（ I1为最强线的强度）； 定性分析以2 d2d3d4时是压应力；当d1d2d3d4时是张应力。 人们用衍射仪测应力时通常采用045法。测定宏观应力的最好方法还是用X射线衍射应力仪。 样品制备加工切割至合适尺寸，表面磨平；表面深腐蚀去除机加工层；表面清洗、干燥；对于测量因加工、表面处理所引起的表面残余应

9、力，应保留表面状态，不作破坏性处理。2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11.3 微晶尺寸与微观应力的测定 通过某晶面的衍射线宽度，测定微晶大小、应变，对一些金属材料还可计算位错密度等。应用谢乐公式：Dhkl=K/cos式中 Dhkl：是垂直于（hkl）晶面方向上的嵌镶块尺寸（）；： X射线波长（）；： 衍射峰的半高宽（弧度）；： 衍射峰的布拉格角（度） K： 是常数。2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11.4 结晶度的测定 结晶度的大小直接影响着材料的机械、物理性能。结晶度就是部分结晶材料中结晶部分所占的重量百分数。一般常采用如下公式计算：

10、 式中 IC：晶相的散射强度； IA：非晶相的散射强度。2.11.5 取向度的测定 取向度和结晶度一样都是表征纤维、高分子、薄膜等材料的聚集结构的重要参数。人们经常用下面的经验公式表示取向度的大小：式中 H： 表示某（hkl）衍射峰的半高宽（单位是度）。 2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11.6 晶体取向的测定 所谓晶体取向的测定，就是确定晶体的晶体学取向与试样的外观坐标之间的位向关系。常用的方法有劳厄照相法（时间长，但能观察到晶体有无缺陷）和衍射仪法（简捷、迅速）。 2.11.7 薄膜试样的测定 当在玻璃、单晶片、金属板以及高分子膜等载体上的薄

11、膜试样的厚度小于1000时，在普通广角测角仪上，按常规法测试是很困难的。通常人们是在具有平行光路的薄膜附件上进行测试。2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11.8 高、低温X射线衍射分析 在广角测角仪上安装高、低温附件。为了保护样品还可对样品室进行抽真空及充惰性气体，这样即可实现多晶材料动态结构测定。如相变、二种以上物质混合物的化学反应及热膨胀系数等。 2.11 X-ray衍射分析其它应用 2.11.9 微量试样、微区X射线衍射分析 目前世界上微区X射线衍射通过最细的准直管已达10m。样品位置的确定采用显微镜放大、激光定位等先进技术。探测器采用弯曲位

12、敏正比探测器（PSPC）和二维面探测器（GADDS、CCD和IP板等）。因此微量试样的相分析及结构表征等也易办到。现在用的带有二维面探测器（GADDS）的组合化学X射线衍射仪，最小样品可测50m。 摘要:利用光学金相显微镜OM和XRD分析了加入微量Si的AZ91D合金显微组织和相组成,测试了合金室温拉伸力学性能和硬度,利用SEM分析了合金拉伸断口形貌。结果表明,加入一定量Si后AZ91D合金组织中形成汉字状Mg2Si相,富集于固液界面前沿,阻碍A-Mg基体的自由长大,从而细化合金铸态组织;汉字状Mg2Si相的存在导致合金力学性能的降低;AZ91D合金室温拉伸断口是以解理断裂为主的脆性断裂,加入

13、Si后,断裂常发生于A-Mg基体和汉字状Mg2Si相间的界面处。Si对AZ91D镁合金显微组织与力学性能的影响沉积岩粘土矿物XRD分析技术进展情况回顾 林西生 郑乃萱 侯纯敏（石油勘探开发科学研究院 北京 100083）内 容 摘 要 我们石油系统开展粘土矿物X躲线分析工作已有20年历史了。大量的样品分析、反复的实验以及对国内外文献的调研，使我们对粘土矿物认识和相应的分析技术都有极大的提高。本文局限于回顾分析方法的建立、完善与分析技术提高的过程，在此基础上提出需要进一步解决的问题，以利于技术的进一步发展。古人类骨中羟磷灰石的XRD和喇曼光谱分析胡耀武1、王昌燧1、左健1，2、张玉忠3 人骨残骸是生物考古的主要对象,而骨骼污染鉴别是样品选择的依据,也是生物考古的前提.利用X射线衍射(XRD)和喇曼光谱相结合的方法,通过对新疆克雅河圆沙古城遗址出土的人类骨骼中羟磷灰石的分析,来辨析骨骼污染程度.研究结果表明,两种方法的有机结合,准确地反映了骨骼中羟磷灰石结晶度的变化,从而可简单