晶体X射线衍射实验报告

中南大学X射线衍射实验报告学院材料科学与工程专业 材料学姓名学号 同组者实验日期2010年11月 日指导教师 黄继武评分分评阅人 评阅日期实验一仪器操作与定性分析一、实验目的掌握X射线衍射物相定性分析的原理和实验方法熟悉PDF卡片的查找方法和物相检索方法二、实验原理任何一种瓮晶物质 特宇的晶阵结构（包括结构类型、晶胞的形状和大小、晶胞（包括单质元素、固溶体■吃涵知| 中原孑、离子或分孑的品洲、歉目和位置）特有的衍射花样（衍射线的位置和强度）・.・X射线衍射谱，就如同人的指纹一样，是每一种晶体物质的特征，是鉴别晶体物质的标志。如果将两种或两种以上的晶体物质混合在一起，则组成混合物的各相产生的衍射花样是独立的、机械叠加。分析标定计耸、根据衍射谱的特点 确定物相的晶体结构和相的种类一一就是定性分析的内容。前面所述的方法，对立方晶系较简单，其它晶系则复杂了，且只能计算出晶体物质的晶体学参数，而物质是什么相，必须查对晶体学手册。可以看出、 是仔细分析衍射谱 各衍射峰的分布和相对强度的变化 衍射谱的主J11对应、要特征标志 >物相的晶体结构由衍射线的分布一 20确定（2。与入射波长入及衍射面间距有关，波长一定时，由d可确定。，而d是晶体结构中一个重要参数）衍射线的积累强度取决于晶体的结构因子和多重性因子所以衍射谱上衍射线的分布及强度作为标定物相的主要依据是完全可行的。为了消除因采用不同入射线，波长对衍射线的位置（20）的影响，可将各衍射线的位置换算成衍射面间距（d=A/2sin0）也即，用d-1数据组作为定性相分析的基本判据。每一物相具有其特有的特征衍射谱，没有任何两种物相的衍射谱是完全相同的记录已知物相的衍射谱，并保存为PDF文件从PDF文件中检索出与样品衍射谱完全相同的物相多相样品的衍射谱是其中各相的衍射谱的简单叠加，互不干扰，检索程序能从PDF文件中检索出全部物相三、 仪器与材料仪器：18KW转靶X射线衍射仪1台数据采集与处理终端与数据分析软件MDIJADE：8台（套）样品：未知样品4个四、 实验步骤4.1测量数据（1） 打开X射线衍射仪（2） 准备样品，按下“Door”按钮，听到报警（3） 向右拉开“常规衍射仪门”，装好样品（4） 向左轻拉“常规衍射仪门”，使之合上，注意合门时要保证不会撞动左边的门（5） 打开“控制测量”程序，输入实验条件和样品名，开始测量表1实验参数设定：仪器扫描范围扫描度电压电流D/max2500型X射线衍射仪10-80Degree2degree/min40KV250mA4.2物相鉴定（1） 打开Jade，读入数据文件，对图谱去除背底、平滑、寻峰（2） 鼠标右键点击S/M工具按钮，进入对话界面，点Chemistry，进入元素限定对话框，选中样品中的元素。然后点击OK返回对话框，再点击OK（3） 从物相匹配表中选中样品中存在的物相（Al）;在所选定的物相名称上双击鼠标，显示PDF卡片，按下Save按钮，保存PDF卡片数据

鼠标右键点击“打印机”图标，显示打印结果，按下Print按钮，开始打印物相分析结果以同样的方法标定其它样品的物相，物相鉴定完成。五、实验结果已知MnO样品是Mn的氧化物，经过定性分析和计算机检索得出结果如下图：200015002000150010005000-10 20 30 40 50 60 70 80Two-Theta(deg)从结果可以分析出样品含有Mn2O3和Mn3O410dLtlh1cId7 SrT,2.12h2c2dRM.AFillerDirt,cutoffr/itCQii^ji/rcWi'. 3dATThkldATIhklSYS. S-Tr.a：brc., ACaPy ZRt-r. 4£«n邸£vSigh2V「Jm.p.Co]urRuf. 5996PDF卡片的内容：1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前反射区(20<90°)中三条最强衍射线对应的面间距，1d位置上的数据是最大面间距。2a、2b、2c、2d，分别为上述各衍射线的相对强度，其中最强线的强度为100.实验条件：Rad.一辐射种类(如CuKa);A一波长；Filter一滤波片；Dia.一相机直径；Cutoff一相机或测角仪能测得的最大面间距；Coll-光阑尺寸；I/I1-衍射强度的测量方法；dcorr.abs.?—所测值是否经过吸收校正；Ref—参考资料晶体学数据：Sys.—晶系；S.G一空间群;a0、b0、c0,a、8、Y—晶胞参数；A=a0/b0,C=c0/b0；Z—晶胞中原子或分子的数目；Ref—参考资料。光学性质：£a>nwp、£Y—折射率；Sign—光性正负；2V一光轴夹角；D—密度；mp—熔点；Color一颜色；Ref—参考资料。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。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：C—简单立方；B—体心立方;F—面心立方；T—简单正方；U—体心正方；R一简单菱方；H一简单六方；O简单斜方；Q—底心斜方；S一面心斜方；M一简单单斜；N一底心单斜；Z一简单三斜。矿物学名称。右上角的符号标记表示：大一数据高度可靠；i一已指标化和估计强度，但可靠性不如前者；O—可靠性较差；C一衍射数据来自理论计算。晶面间距，相对强度和干涉指数。卡片的顺序号六、分析与讨论6.1定性相分析的基本判据：通常用d(晶面间距表征衍射线位置)和I(衍射线相对强度)的数据代表衍射花样。用d-I数据作为定性相分析的基本判据。定性相分析方法是将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组(PDF卡片)进行对比，以鉴定出试样中存在的物相。6.2多相合金样品的物相定性分析中存在的困难：实验测定的衍射数据和粉末衍射卡记载的数据都有误差，这给物相鉴定带来困难。因影响线条强度的因素较位置的因素复杂得多，故在分析时应更更视面间距数据的吻合。当混合物中某相的含量很少时或某相各晶面反射能力很弱时，它的衍射线条可能难于显现因此X射线衍射分析，只能肯定某相的存在，而不能确定某相的不存在在。

实验二定量分析一、实验目的掌握多相样品X射线衍射强度与物相含量的关系熟悉X射线衍射法测量物相含量的实验方法二、实验原理物相定量分析一一绝热法在一个含有N个物相的多相体系中，每一个相的RIR值（参比强度）均为已知的情况下，测量出每一个相的衍射强度，可计算出其中所有相的质量分数：其中某相X的质量分数可表示为：Kx尹aKii=AA式中A表示N个相中被选定为内标相的物相名称式中KxAKxAA/2O3KaAl2O3右边是两个物相X和A的RIR值，可以通过实测、计算或查找PDF卡片获得样品中只含有两相A和B，并选定A为内标物相，则有：w=—L—a『ia+~KbAw=—IB——=1-wBI+IKb ABAA三、操作步骤打开样品文件，并鉴定出物相。选择物相时选择有RIR值的卡片。按住鼠标左键，拖过两相最强峰的区域，使窗口中只显示两个相的主峰。鼠标单击工具栏中的从，拟合两相的主峰，以得到两相的衍射强度。选择菜单"Options-EasyQuantitative”，打开定量分析窗口。单击“CalcWt%”按钮。计算物相的含量。单击“SaveGraph”，将屏幕图形保存成一个图片文件。四、实验结果XRD衍射分析谱=|Smithsonite-Zn(CO3)<Wt%=97.8(10.4)>」Quartzlow,dauphinee-twinned-SiO2<Wt%=2.2(0.2)>97.8(10.4)%/~2.2(0.2)%i ，QuantitativeAnalysisfromP^file-FittedPeaks定量分析USER:AdministratorJADE:QuantitativeAnalysisfromProfile-FittedPeaksDATE:Monday,Nov15,201011:29aFILE:[ZnCO3+SiO2.raw]SCAN:10.0/80.0/0.02/.15(sec),Cu(40kV,250mA),I(max)=3443,11-19-0814:49PROC:[NewQuantitativeAnalysis]PhaseID(2)ChemicalFormulaRIRDxMACLACSmithsoniteZn(CO3)4.174.43436.28160.9Quartzlow,dauphinee-twinnedSiO24.112.63534.4590.8Wt%Wt(n)%Vol(n)%#LI%-I(r){Area}{Height}97.8(10.4)97.8(10.4)96.3(14.2)10.030560(1491)2132(71)2.2(0.2)2.2(0.2)3.7(0.5)10.0692(65)88(5)分析结果:物相名称拟合强度RIR值质量分数（wt%）Zn(CO3)30560(1491)4.1798.0SiO2692(65)4.112.3五、分析与讨论分析衍射强度与样品的哪些因素有关：合金样品的厚度，表面形貌。试片装上样品台后其平面必须能与衍射仪轴重合，与聚焦圆相切。粉末样品的颗粒大小。粉末必须足够细小才能满足试样受光照体积中晶粒的取向是完全机遇的，并抑制由于晶癖带来的择优取向。样品本身处理工艺造成的的影响，包括形成固溶强化，织构等对衍射强度的影响。绝热法定量分析的特点：绝热法是在K值法的基础上提出。即不与系统以外发生关系。用试样中的某一个相作标准物质。特点：（1）不需要向试样中掺入内标物质，减少实测工作麻烦；（2）既适用于粉末试样，也适用于整体试样；（3）不能测定含未知相的多相混合试样。实验三精确测量点阵常数(晶胞精修)一、 实验目的：掌握精确测量合金点阵常数的实验方法及数据处理方法。熟悉晶体结构参数精密化的原理与方法。了解X射线衍射法测量点阵常数的实验误差来源。二、 实验原理：晶胞参数的计算：晶胞参数需由已知指标的晶面间距来计算，对立方晶系：a w— "\h2+k2+122sin(0)\'h2+k2+12晶胞参数的误差：由上式可知，晶胞参数的误差来源于对晶面间距d的测量误差，即衍射角的测量误差：X=—AOcot9d上式表明，相同衍射角测量误差对d引起的误差随衍射角增大而减小晶胞参数的系统误差：系统误差主要是仪器本身的零点不准，样品表面状态引起的误差。这些误差可通过校正来消除。晶胞参数的精确测量方法：用标准物质校准仪器误差，如在样品粉末中加标准Si来校准谱线的衍射角。外推法精确计算点阵常数。根据衍射角与面间距误差的关系，将衍射角外推到180。时，衍射角位置引起的误差为0。结构精修：用一定的峰形函数对实验数据进行拟合，使两者的误差达到最小。全谱拟合：Retiveld提出，采用一定的峰形函数对实验数据拟合，通过不断调整峰形函数和结构参数，使计算值一步一步地逼近实验值，直到两者的差值R最小。R=£w(Y-Y)2式中wi 权重因子，wi=1/YiYoi,Yci——步进扫描第i步的实测强度和计算强度使R值最小的过程就是图谱拟合过程。通过修正晶体结构参数，使拟合函数和由晶体结构计算出来的峰形函数吻合，就是晶体结构参数精密化过程。三、操作步骤

打开样品文件，并鉴定出物相(Al)。按下从按钮，软件对图谱进行函数拟合。拟合过程中，观察R(拟合误差)的变化甫=8E4松，重复步骤［2］，反复拟合几次，直到R值不再变小。单击option菜单下的Cel1Refinement...Shift+Ctrl+F3命令，弹出精修对话框。观察精胞参数的原始值为4.0497,按下Refine按钮，进行结构精修保存精修结果为Al-Zn-Mg-1.abc。四、实验结果[AI-Zn-Mg-2.raw]SCAN:150/80.0/002/.15(sec),Cu(40kV,250mA)：l(max)二7236,03-31-0606:1599-0005>Al-Aluminum7000-34-0457>MgZn2-MagnesiumZinc7000-6000-5000-4000-3000-20001000-oUXRD衍射分析谱!=!Aluminum-Al<Wt%=89.7(31.7)>MagnesiumZinc-MgZn2<Wt%=10.3(3.6)>

定量分析精胞参数报告USER:AdministratorJADE:CellRefinementReportDATE:Wednesday,Nov17,201009:09aFILE:[Al-Zn-Mg-1.raw]SCAN:15.0/80.0/0.02/.15(sec),Cu(40kV,250mA),I(max)=12616,03-31-0606:26PEAK:45-pts/ParabolicFilter,Threshold=3.0,Cutoff=0.1%,BG=3/1.0,Peak-Top=SummitNOTE:Intensity=Counts,2T(0)=0.0(deg),WavelengthtoComputed-Spacing=1.54056?(Cu/K-alpha1)CellType=Cubic,Fm-3m(225)InitialCell=4.0494x4.0494x4.0494<90.0x90.0x90.0>RefinedCell=4.06082(0.000793):]Vol=66.96A"3,Density(c)=2.6761(ChemicalFormula=Al,Z=4.0)Two-ThetaErrorWindow=0.3(deg),ZeroOffset=0.0(deg),Displacement=0.0(deg)ESDofFit=0.0209(deg),|Delta2-Theta|=0.0171(deg),|Deltad|=0.00053(?),F(4)=58.4(4)IntensityWeighting=Sqrt(I%),Two-ThetaRange=15.0/80.0(deg),(x)OutlierRejection