材料顯微結(jié)構(gòu)分析方法清華大學(xué)研究生課程清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!材料顯微結(jié)構(gòu)分析方法一.主要講授內(nèi)容：1．物相定量分析XRD2．擇優(yōu)取向定量測(cè)定XRD3．微晶晶粒尺寸的測(cè)定XRD4．材料的體成份定量分析XRF5．材料微區(qū)成份定量分析EPMA6．顯微形貌觀測(cè)與分析SEM/EDS,WDS7．顯微形貌與微區(qū)物相分析TEMDElementWeight%Atomic%OK49.2263.65AlK43.2233.14FeK6.702.48SiK0.770.57Totals100.00清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!5．電子衍射微區(qū)物相分析。二.主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1．理論計(jì)算C值的AlN陶瓷的物相定量分析；2．材料的擇優(yōu)取向定量測(cè)定；3．四方ZrO2微晶尺寸的測(cè)定；4．材料斷口形貌的SEM/EDS顯微觀測(cè)與分析；清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!四.基礎(chǔ)知識(shí)1.晶體學(xué)基礎(chǔ)七大晶系十四種布拉維點(diǎn)陣2.X射線衍射2dSin=清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!*七晶系晶系晶胞參數(shù)立方晶系a=b=cα=β=γ=90o四方晶系a=b≠cα=β=γ=90o正交晶系a≠b≠cα=β=γ=90o六方晶系a=b≠cα=β=90oγ=120o菱方晶系a=b=cα=β=γ≠90o單斜晶系a≠b≠cα=γ=90oβ≠90o三斜晶系a≠b≠cα≠

β≠

γ≠90o清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!2.晶體的X射線衍射2dSin=n(hkl)d滿足干涉條件時(shí)：

δ

=ML+LK=2OLSin=2dSin

NMLKA.布拉格(Bragg)公式導(dǎo)出面間距為d的(hkl)晶面波長(zhǎng)為的X-Ray入射角為由O、L……反射的光程差：o

δ=n即：n=1、2、3…為衍射級(jí)通常：2dSin=清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!I.X射線衍射物相定量分析……(1)§1.X射線定量分析基礎(chǔ)方法：衍射儀法條件：樣品無(wú)限大、無(wú)擇優(yōu)取向、2入射＝2反射、無(wú)單色器。純物相某一衍射峰的強(qiáng)度

I：清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!混合物的線吸收系數(shù)：混合物i相的體積百分比：……(3)……(4)則多相混合物某相某一衍射峰的強(qiáng)度Ii

：……(2)清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!§2.參考強(qiáng)度法(絕熱法)X射線定量分析——選擇一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)于混合物中的任意j相應(yīng)有：……(6)對(duì)含有n相，而不含有玻璃相的試樣應(yīng)有：……(7)則有：……(8)*原理：依據(jù)(5)式……(5)標(biāo)樣法清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!*選擇Corundun剛玉(Al2O3)作為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，予先確定各種物質(zhì)的kj(相對(duì)值)原理：假設(shè)，予先取各j相純物質(zhì)與某種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s均混,則由(5)式取那么任意j相：第i相：求ki和各kj可得：清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!對(duì)：項(xiàng)可由實(shí)驗(yàn)獲得令kc=1為歸一化標(biāo)準(zhǔn)，則可求得各種物質(zhì)的參考強(qiáng)度kj值為：關(guān)于kj值測(cè)量精度問(wèn)題：①Ij和Ic衍射峰的測(cè)量精度：②重疊峰：與?2相關(guān)的K1和K2的精確分離。如CaCO3(202)與Al2O3(113)的重疊。清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!§3.無(wú)標(biāo)樣法X射線定量分析

一.基本設(shè)想*如果有j個(gè)試樣，無(wú)玻璃相。

對(duì)j試樣中的第i相存在有：……(1)含有n種結(jié)晶相，無(wú)樣法清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!如果：有m個(gè)試樣，每個(gè)試樣含有相同的n種結(jié)晶相，但各相的含量不同，在進(jìn)行XRD時(shí)保證Kj與j無(wú)關(guān)，即實(shí)驗(yàn)條件完全相同?？紤]：……(1)清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!

①不含玻璃相

②實(shí)驗(yàn)條件完全相同③各相結(jié)論：含有n未知相的試樣，只要有mn個(gè)相種類相同而含量不同的試樣即可進(jìn)行定量測(cè)定。條件：可查閱計(jì)算（相組成已知）清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!當(dāng)i=1時(shí):……(3)即：……(4)由(2)/(3)得：

……(5)

……(2)清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!

由于n個(gè)試樣存在(n-1)個(gè)獨(dú)立的方程(9)、1個(gè)s=1方程(10)，所以可進(jìn)行定量相分析。令：則有：……(9)另有：……(10)對(duì)于：……(7)……(8)清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!一.

求：代入A：求得：同理求得：清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!三.教材與主要參考資料：1.自編材料顯微結(jié)構(gòu)分析方法講義；2.X光衍射技術(shù)基礎(chǔ)(原子能出版社/王英華)；3.陶瓷材料研究方法(建工出版社)；4.材料科學(xué)基礎(chǔ)(清華出版社/潘金生等)；5.ScanningElectronMicroscopyandX-rayMicroanalysis(JosephI.Goldstein).清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!1.晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是在空間按一定方式有規(guī)則地周期排列質(zhì)點(diǎn)：原子、離子鈉離子氯離子氯化鈉晶體基本結(jié)構(gòu)單元包括晶體中所有不等同質(zhì)點(diǎn)，但不包括完全等同的質(zhì)點(diǎn)。面心立方點(diǎn)陣抽象為結(jié)點(diǎn)所謂等同質(zhì)點(diǎn)不僅指同種元素，還包括其周圍的物理化學(xué)及幾何環(huán)境也應(yīng)相同。硫化鋅晶體硫離子鋅離子簡(jiǎn)單六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單元包圍A、B硫離子的鋅離子四面體幾何環(huán)境不同，差60！A硫離子B硫離子清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!**十四種布拉維點(diǎn)陣晶系點(diǎn)陣類型立方晶系簡(jiǎn)單體心面心四方晶系簡(jiǎn)單體心正交晶系簡(jiǎn)單體心面心底心六方晶系簡(jiǎn)單

菱方晶系簡(jiǎn)單單斜晶系簡(jiǎn)單底心三斜晶系簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單體心面心底心清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!B.衍射儀法的(多晶試樣)XRD衍射花樣*衍射峰的峰位2(hkl)的面間距d晶體的晶胞外形及其大小**衍射峰的峰強(qiáng)CPS晶體(hkl)的面的原子種類及其排列多晶試樣各晶粒的排列狀態(tài)***衍射峰的峰形(半高寬度)多晶試樣晶粒的尺寸及應(yīng)力狀態(tài)清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!令物理常數(shù)K：令與結(jié)構(gòu)有關(guān)的部分R：則某一衍射峰的強(qiáng)度I

：清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!Ii由實(shí)驗(yàn)可得，關(guān)鍵求出KCi和可建立多相混合物某i相的重量百分比ωi與其某一衍射峰的強(qiáng)度Ii的基本關(guān)系式：……(5)將(3)和(4)代入(2)(3)(4)(2)……(6)清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!利用(6)式，……(9)把(8)……(10)令參考強(qiáng)度k值：k=KC

……(11)(11)式即為參考強(qiáng)度法(絕熱法)的基本公式。那么有：式中的Ii和各Ij由實(shí)驗(yàn)可得，關(guān)鍵是求ki和各kj值。對(duì)于混合物中的某i相應(yīng)有：代入(9)可得：清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!由這樣，可作以下規(guī)定：①取各純物質(zhì)Ij相的衍射峰的最強(qiáng)線，如：②標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)取剛玉(Al2O3)的衍射峰最強(qiáng)線：③按wt%為50/50將j物質(zhì)和c剛玉均混：得：ZnO(101)(113)c清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!關(guān)于含玻璃相的試樣：利用kj值的測(cè)量方法—沖消劑法(11)式不能采用，仍然成立，那么：s以沖消劑f(wt%為f)加入待測(cè)試樣，均混則有：若f為c，j為所求相i

，則可以導(dǎo)出：但是通式：…(12)清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!那么，由方程(1)存在的已知方程數(shù)有n個(gè)Iij方程(1)1個(gè)∑ij=1(不含玻璃相)假設(shè)，各相未知量還有n個(gè)KjCij=kijn個(gè)ij因此，不能進(jìn)行定量測(cè)定?？梢圆殚営?jì)算，對(duì)j試樣：即：即：n+1個(gè)，2n個(gè)，清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!那么，對(duì)方程(1)存在的已知方程數(shù)有mn個(gè)Iij方程(1)m個(gè)∑ij=1(不含玻璃相)假設(shè)，各相未知量總數(shù)有n個(gè)KjCij=kijmn個(gè)ij可以查閱計(jì)算，對(duì)解n相的m個(gè)試樣：即：即：mn+m個(gè)，mn+n個(gè)，清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!二.計(jì)算各相利用式(1)：對(duì)s和j試樣中的任意i相，在XRD實(shí)驗(yàn)條件完全相同的條件下，可以得到：……(2)的無(wú)標(biāo)樣法定量相分析清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!(5)代入(4)整理:……(6)即有：……(7)(5)

(4)整理:清華大學(xué)材料顯微結(jié)構(gòu)分析01-基礎(chǔ)參考法無(wú)標(biāo)計(jì)算吸收系數(shù)法共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!