燕山大学材料考研资料第5章-X射线衍射实验方法

第五章X射线衍射实验方法

5.1衍射方法分类

5.2照相法

5.3衍射仪法在这部分中，加入范雄P25，式样制备、靶材选择，滤波片的选择5.1衍射方法5.1.1衍射方法分类

1、按衍射原理分类1.劳埃法

－连续X射线，不动单晶体类似于电子透射在衍射实验时，单晶体不动，采用连续X光作入射光束。这样反射球的半径从1/λmin到1/λmax连续变化(其中，λmin为短波极限，λmax为可以起作用的最大波长)。这时反射球已不是一个薄层而是具有一定厚度的壳体，从而倒易点落在这个壳体内者均与反射球相交，这样也就增加了反射球与更多的倒易点相交的机会也即增加了反射的机会。由于晶体不动，入射线和晶体作用后产生的衍射束表示了各晶面的方向，所以此方法能够反映出晶体的取向和对称性。2.周转晶体法

－单色X射线，转动单晶体在衍射实验时，单晶体围绕一个结晶学方向转动，入射单色X射线垂直转动轴入射。这时单晶体的某些倒易点阵依次穿过反射球，当倒易点和反射球相遇时即可能发生衍射。3.粉末法（德拜－谢乐法）

－单色X射线，多晶体照相法衍射仪法照相法与衍射仪法所得图像对比实验方法采用单色（特征）X射线作辐射源。被分析的试样为很细（10-5-10-7m）的粉末，或者根据需要也可以是多晶体块、片、丝。衍射花样通过照相法或者衍射仪法记录。在衍射实验时，用单色X射线照射多晶体。由于多晶体粉末晶粒取向是充分紊乱的，这时多晶体的倒易点落在以倒易点阵原点为球心、以一定长度的倒易矢量为半径所作的球的球面上，称为倒易球。该倒易球面与反射球相交，交线为一圆环，在此圆环上会发生衍射，因此这些衍射线构成一个顶角为4的圆锥。成像原理（注意反射球与多晶样品倒易球的概念）倒易阵点倒易球多晶样品：Oa*b*1/

入射线衍射圆锥4

衍射环入射X光按衍射接收记录系统分类照相法（现已很少使用）优点：直接给出衍射花样和强度特征，适合晶体的初步探测，如对称性。有利于理解倒易点阵与衍射的厄瓦尔德图解。缺点：自动化程度差。衍射仪法（近些年的主要方法，重点了解）优点：灵敏度、准确性高。自动化程度高。缺点：不利于理解倒易点阵和衍射的厄瓦尔德图解。5.2照相法--简单介绍多晶粉末试样中存在这数量极多的各种取向的晶粒。某一晶面对应的倒易点变为倒易球，而倒易球面与反射球相交，交线为一圆环，在此圆环上会发生衍射。因此从原点到衍射环的这些衍射线构成一个顶角为4

的衍射圆锥。如果用以试样为轴线的圆柱形底片截取这些衍射圆锥，会得到一些列衍射弧对，每一弧对可用相应的干涉指数标定。这就是德拜-谢乐法。德拜-谢乐照相法原理5.3衍射仪法采用由X射线管发出的已知波长的X射线，照射到试样上产生衍射，根据所检测到的衍射线方向（

角），由布拉格方程计算晶面距，对物相进行结构分析。每种物质都有特征的晶面组合，由衍射所得晶面组合可确定物质种类。X射线衍射谱2θOntheinterfaceInthepaste5.3.1衍射仪的发展1912年，布拉格最先使用了电离室探测X射线信息装置，这是最原始的X射线衍射仪。1943年，近代X射线衍射仪由弗里德曼（FRIDMAN）设计。现代X射线仪器，例如日本理学公司生产的RigakuD/max系列、德国的Bruker和荷兰XPert等等。高分辨衍射仪（D8-Discovre型，Bruker公司1999年产品）5.3.2X射线衍射仪的基本组成1.X射线发生器；用来产生稳定的X射线光源2.衍射测角仪；用来测量衍射花样三要素，使光源、试样和探测器满足一定的几何和衍射条件3.辐射探测器；4.记录系统

1、X射线发生器X光源的基本要求：

简单地说，对光源的基本要求是稳定、强度大、光谱纯结。光源的特性决定靶的种类、焦斑大小和施加在管子上的功率。选择工作参数的目的在于提高衍射线的蜂背比、分辨率和灵敏度等。实验室一般应具备有W、Mo、Cu、Co、Fe、Cr六种靶子。(1)化学成分原则：避免入射X射线激发被测样品，产生荧光。选择阳极靶的原子序数应低于或等于被研究物质中大量存在的最轻元素原子序数，Z靶Z样。此时，所用特征X射线的波长都大于试样中最轻元素的K吸收性波长，不会引起荧光辐射。（2）分辨能力：如要提高分辨率可选长波长靶。可以使晶面间距相近的两条衍射线不至于因太靠近而重叠在一起。（3）尽可能多的衍射线条有的衍射工作，如对点阵参数进行测定，要求在高角区60-80°之间出现尽可能多的衍射条数。这要求使用波长较小的辐射。

选靶原则

2、测角仪准直--原则

准直光栏系统参数的选择应当注意如下事实1)发散狭缝对衍射强度的影响比起对分辨率的影晌要大；2)由于采用平板试样，发散狭缝增大引起散焦使得衍射峰向低角移动，从而引起峰的不对称性，使得分辨率下降；3)在扫描过程中衍射角

是变化的，为比较各衍射线的相对强度必须用同一宽度的狭缝，且在任何

角入射光束均能照射在试样内，以保证参与衍射体积恒定。扫描方式

探测器装在测角仪臂上，它和试样台以2：1的角速度绕测角仪轴心转动，这样，试样台上装上分析试样，探测器即可按收到衍射信息并由记录系统记录下来。探测器的扫描方式可分连续扫描、步进扫描与跳跃步进扫描三种。扫描方式对探测记录下衍射花样的质量有很大影响。测角仪工作原理（1）试样台位于测角仪的中心，试样台的中心轴ON与测角仪的中心轴（垂直向上）O垂直。试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身的中心轴转动。试样台上的试样表面与测角仪中心轴严格地重合。

测角仪示意图测角仪工作原理（2）入射线从X射线管焦点F发出，经入射光阑系统S1和H投射到试样表面生产衍射，衍射线经接收光阑系统M、S2、G进入计数器DX射线管焦点F与接收光阑G位于同一圆周上，把这个圆周称为测角仪（或衍射仪）圆测角仪圆所在平面称为测角仪平面测角仪示意图测角仪工作原理（3）试样台和计数器分别固定在两个同轴的圆盘上，由两个步进电机驱动在衍射测量时，试样绕测角仪中心轴转动，不断地改变入射线与试样表面的夹角θ，计数器沿测角仪圆转动，接收各衍