X射线粉末衍射定量分析.docx

材料专业实验讲义
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目录：
第一部分：材料专业基础实验
一：X射线粉末衍射定量分析……………………………………..4
二：铁碳合金的金相显微组织观察………………………………..10
三：干涉法测厚…………………………………………………….24
四：激光光散射法测量颗粒的粒度分布……………………….....29
五：BET法测量固体样品的比表布洛维硬度实验讲义………....40
六：阻抗谱法测定陶瓷的介电参数……………………………….48
七：真空镀膜……………………………………………………….51
八：金属材料拉伸………………………………………………….56
九：电化学基本实验……………………………………………….66
十：布洛维硬度实验讲义………………………………………….68
十一：差热分析实验：DSC法测定金属的熔点和相变热………77
第二部分：材料专业综合设计实验
一：溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜…………………………………….81
二：采用电镀或化学镀技术制备功能镀层……………………….84
三：热处理控制碳钢的组织、性能及其表征…………………….87
四：氧化铝、硅灰石、钛酸钙等陶瓷材料的制备实验………….89
五：水热法制备碳颗粒…………………………………………….92
六：热塑性塑料加工与力学性能综合实验……………………….95

第一部分：

材
料
专
业
基
础
实
验

一：X射线粉末衍射定量分析
实验目的
熟悉X射线衍射仪的使用，能对X射线衍射图谱进行物相分析，掌握K值法定量分析及Rietveld定量分析方法。
预习要求
要求学生在实验之前，对X射线衍射原理，强度计算公式，定性分析方法及K值法定量分析原理与Rietveld定量分析原理进行预习。
实验所需仪器设备
X射线粉末衍射仪、电子天平、玛瑙研钵。
实验原理
X射线定量相分析的任务是用X射线衍射技术，准确测定混合物中各相衍射强度，从而求出多相物质中各相含量。X射线定量相分析的理论基础是物质参与衍射的体积或重量与其所产生的衍射强度成正比。因而，可通过衍射强度的大小求出混合物中某相参与衍射的体积分数或重量分数。
当不存在消光及微吸收时，均匀、无织构、无限厚、晶粒足够小的单相多晶物质所产生的积分强度(并考虑原子热振动及吸收的影响)为:
（1）
式中I0为入射光束强度，e，m分别为电子电量、质量、c为光速。λ为X射线波长，N为单位体积内的晶胞数，V为试样被X光照射体积，Fhkl为结构因子，P为多重性因子，角因子，为温度因子，为吸收因子，对于平板试样，；使用衍射仪测量时，R为测角仪半径，为样品的线吸收系数。
设多相物质含有N个相，第j相参加衍射的体积为Vj，当使用衍射仪测量时，第j相某(hkl)衍射线的衍射强度：

式中：（3）
在单位衍射体积的情况下，V＝1,体积分数,则

多相物质线吸收系数与质量吸收系数的关系为，式中是多相混合试样的密度。为j相的重量分数。

则强度公式变为：

式中为第j相的密度。式中只与测试条件及物质的结构有关，而与样品的含量无关。定量分析的方法常见的有外标法、内标法、K值法（基本冲洗法）等，均以上面的强度公式为基础。
4.1外标法
标准物质不加到待测试样中，且通常以某纯待测物相为标样，制成一系列外标试样，测绘出工作曲线，进行定量相分析的方法叫外标法。例如有较大批量的j相和i相混合试样，需分析j相含量。通常取纯j相作外标物质，制作一系列已知量的j，i两相混合外标试样，测定各外标试样中j相、纯j相相应hkl线条强度比，可作出工作曲线。然后测定待测样中j相和纯j相hkl线强度比，可在工作曲线上查出j相含量。外标法优点是待测样中不混入标准物质。缺点是强度不同时测量，会影响测量准确度。
4.2内标法
内标法是含多相物质(不相同)的待测试样中加入一恒定重量百分数的内标物质而进行定量相分析的方法。多种物质可作为内标，常用(刚玉)、ZnO、KCl、LiF、(萤石)、NiO、MgO、NaCl、、CaCO3等粉末作为内标物质。由于吸收系数的差异，不同内标物质对测定结果的准确度有重要影响，要注意选用吸收系数和颗粒大小相近的作为内标物质。
设待测试样有n个相，欲求其i相的重量百分数，在待测试样中加入重量分数为的内标物质S，均匀混合制成混合试样，其中内标物质某条较强衍射线积分强度，根据式5为

而在加标样混合样中i相的某一条较强衍射线积分强度为

式中是i相在加标样混合试样中的重量分数，，两式相比得

若两相物质i和s一定，所用X射线波长λ一定，因每个待测试样中加入的内标物质的重量百分数都保持恒定，则为常数，而式(8)为线性函数。表明混合试样中i相与s相某一较强衍射线条积分强度比值与i相在原待测试样中的重量分数成