《材料研究与测试方法》---X射线衍射方法.pdf

材料研究与测试方法

DoctorHaoLi（李豪）
[e-mail]
15038582191
Outline

TheoryCourse(24h)
1.QuantitativeMetallographicTechnique(2h)
2.X-RayDiffraction(XRD)(8h))(8h)
3.TransmissionElectronMicroscope(TEM)(6h)
4.ScanningElectronMicroscope(SEM)(4h)
5.AugerElectronSpectroscopy(AES)(2h))(2h)
6.IonMicroprobeAnalysis(IMA)(2h)
¾工程材料大都在多晶形式下使用，故多晶体X射线
衍射分析法具有重大的实用价值。
¾多晶X射线衍射分析所用样品大多为粉末，故常称
“粉末法”。
¾获取物质衍射图样的方法按使用的设备可分为两大
类：5.1粉末照相法；5.2X射线衍射仪。
¾较早的分析多采用照相法，其中最重要的是德拜-谢
乐法（简称德拜法），它是多晶分析法的基础。
¾目前多采用X射线衍射仪分析多晶体结构。
5.1粉末照相法
¾粉末多晶中不同的晶面族只要满足衍射条件都将形成各自
的反射圆锥。
¾如何记录下这些衍射花样呢？一种方法是用平板底片被X
射线衍射线照射感光，从而记录底片与反射圆锥的交线。
如果将底片与入射束垂直放置，那么在底片上将得到一个
个同心圆环，这就是针孔照相法。
¾但是受底片大小的限制，一张底片不能记录下所有的衍射
花样。如何解决这个问题？德拜和谢乐等设计了一种新方
法。将一个长条形底片圈成一个圆，以试样为圆心，以X
射线入射方向为直径放置圈成的圆底片（见下页图）。这
样圆圈底片和所有反射圆锥相交形成一个个弧形线对，从
而可以记录下所有衍射花样，这种方法就是德拜-谢乐照
相法。
记录下衍射花样的圆圈底片，展平后可以测量弧形线对的
距离2L，进一步可求出L对应的反射圆锥的半顶角2θ，从
而可以标定衍射花样。
5.1.1德拜相机
德拜相机结构简单，主要由相机圆筒、光栏、承光管和
位于圆筒中心的试样架构成。相机圆筒上下有结合紧密的底
盖密封，与圆筒内壁周长相等的底片，圈成圆圈紧贴圆筒内
壁安装，并有卡环保证底片紧贴圆筒。
5.1.1德拜相机
¾相机圆筒常常设计为内圆周长为180mm和360mm，对应的
圆直径为57.3mm和114.6mm。
¾这样的设计目的是使底片在长度方向上每毫米对应圆心角
2°和1°，为将底片上测量的弧形线对距离2L折算成2θ角
提供方便。
5.1.1德拜相机

德拜相机中试样放置在位于圆筒中心轴线的试样架上。
为校正试样偏心，在试样架上设有调中心的部件。圆筒半高
处沿直径方向开两圆孔，一端插入光栏，另一端插入承光管。
光栏的作用是限制照射到样品光束的大小和发散度。承光管
包括让X射线通过的小铜管以及在底部安放的黑纸、荧光纸、
和铅玻璃。黑纸可以挡住可见光到相机的去路，荧光纸可显
示X射线的有无和位置，铅玻璃则可以防护X射线对人体的
有害影响。承光管有两个作用，其一可以检查X射线对样品
的照准情况，其二可以将透过试样后入射线在管内产生的衍
射和散射吸收，避免这些射线混入样品的衍射花样，给分析
带来困难。
5.1.2底片安装方法

a)正装法：底片中心开一圆孔，底
片两端中心开半圆孔。底片安装
时光栏穿过两个半圆孔和成的圆
孔，承光管穿过中心圆孔。
b)反装法：底片开孔位置同上，但
底片安装时光栏穿过中心孔
c)偏装法：底片上开两个圆孔，间
距仍然是πR。当底片围成圆时，
接头位于射线束的垂线上。底片
安装时光栏穿过一个圆孔，承光
管穿过另一个圆孔。
5.1.3德拜法试样制备

¾试样制备要求：首先，试样必须具有代表性；其次试样粉末
尺寸大小要适中（φ0.4-0.8×5-10mm的圆柱样品）；第三是
试样粉末不能存在应力。
¾脆性材料可以用碾压或用研钵研磨的方法获取；对于塑性材
料（如金属、合金等）可以用锉刀锉出碎屑粉末。
¾试样制备方法：（1）用细玻璃丝涂上胶水后，捻动玻璃丝
粘结粉末。（2）采用石英毛细管、玻璃毛细管来制备试样。
将粉末填入石英毛细管或玻璃毛细管中即制成试样。（3）
用胶水将粉末调成糊状注入毛细管中，从一端挤出2-3mm长
作为试样。（4）直接利用金属丝作为试样。
5.1.4衍射花样标定

¾完成测量后，我们可以获得衍射花样中每条线对对应
的2θ角，根据布拉格方程可以求出产生衍射的晶面面
间距d。
¾如果样品晶体结构是已知的，则可以立即标定每个线
对的晶面指数；
¾如果晶体结构是未知的，则需要参考试样的化学成分、
加工工艺过程等进行尝试标定。
¾在七大晶系中，立方晶体的衍射花样指