D8discoverX射線衍射儀原理及應用技術交流

D8discoverX射線衍射儀1X射線衍射的晶體學知識簡介D8discoverXRD主要結構D8discoverXRD主要功能及分析方法主要內容X射線衍射的晶體學知識簡介主要內容2晶體學基礎知識—晶體晶體基本特點：質點（結構單元）沿三維空間周期性排列（晶體定義）并有對稱性?？臻g點陣：實際晶體中的幾何點，其所處幾何環(huán)境和物質環(huán)境均同，這些這些“點集”稱空間點陣。晶體結構=空間點陣+結構基元。晶體學基礎知識—晶體晶體基本特點：質點（結構單元）沿三維空間3晶胞：晶體中空間點陣的單位，晶體結構的最小單位兩個要素：晶胞的大小、類型（三維空間中向量大小、方向）和內容（晶胞中原子或分子種類及分布）晶胞參數(shù)：三個向量a、b、c的長度，以及它們之間的夾角α、β、γ晶體學基礎知識—晶胞晶胞：晶體中空間點陣的單位，晶體結構的最小單位晶體學基礎知識4晶體學基礎知識—空間點陣Bravais點陣：空間點陣中選取能反映空間點陣周期性與對稱性的單胞，并要求單胞相等棱與角數(shù)最多。14種Bravais點陣分4類：P：簡單C：底心I：體心F：面心晶體學基礎知識—空間點陣Bravais點陣：5晶體學基礎知識—晶系按晶胞形狀、大小分七大晶系立方晶系a=b=c,α=β=γ=90°正方晶系a=b≠c,α=β=γ=90°六方晶系a=b≠c,α=β=90°,γ=120°正交晶系a=b=c,α=β=γ≠90°菱形晶系a≠b≠c,α=β=γ=90°單斜晶系a≠b≠c,α=γ=90°,β≠90°三斜晶系a≠b≠c,α≠β≠γ

晶體學基礎知識—晶系按晶胞形狀、大小分七大晶系6晶體學基礎知識--晶面、晶向晶向：一族具有等周期的點陣直線<uvw>。晶向指數(shù)[uvw]：原點與陣點相聯(lián)在晶軸方向的投影。晶面：互為平行、等距且面上點陣分布全同{hkl}。晶面指數(shù)(hkl)：晶面截晶軸的倒數(shù)，乘以最小公倍數(shù)，它表示晶面法向特征。晶體學基礎知識--晶面、晶向晶向：一族具有等周期的點陣直線<7晶體學基礎知識--晶面間距晶面間距:兩個相鄰的平行晶面間的垂直距離立方晶系:正方晶系:斜方晶系:晶體學基礎知識--晶面間距晶面間距:兩個相鄰的平行晶面間的8晶體學基礎知識—倒易點陣晶體點陣的倒易，數(shù)學抽象。晶體點陣晶面(hkl)對應倒易點陣一個倒易點Phkl。倒易性質：倒易矢量H=H=ha*+kb*+llc*,h,k,l均為整數(shù)，則H⊥

(hkl),/Hhkl/=1/dhkl表示:a)方向(hkl)的法線方向，b)b)倒易點陣每一結點的倒易矢量其長度為(hkl)面間距倒數(shù)。晶體學基礎知識—倒易點陣晶體點陣的倒易，數(shù)學抽象。倒易性質：9X射線物理學概要1895年W.C.Roentgen研究陰極射線管時，發(fā)現(xiàn)一種有穿透力的肉眼看不見的射線，稱為X射線(倫琴射線)。X射線是電磁波，具有波粒性。X射線波長范圍約為0.10到100埃。原子和分子對X射線的散射和衍射能夠傳遞極為豐富的微觀結構信息。X射線物理學概要1895年W.C.Roentgen研究陰極射10X射線衍射的方法

德拜法（德拜-謝樂法）照相法聚焦法多晶體衍射方法針孔法衍射儀法勞埃（Laue）法單晶體衍射方法周轉晶體法四圓衍射儀X射線衍射的方法11晶體X射線衍射原理晶體中各個電子的散射波可相互干涉。散射波周相一致相互加強的方向稱衍射方向。Bragg公式：實質：光程差等于波長整數(shù)倍（周相一致）晶體X射線衍射原理晶體中各個電子的散射波可相互干涉。散射波周12晶體X射線衍射原理厄瓦爾德（Ewald）圖解：倒易點落在Ewald球上的晶面晶體X射線衍射原理厄瓦爾德（Ewald）圖解：13多晶體衍射花樣的形成多晶體衍射花樣的形成14結構因子X射線散射的強度與晶胞的結構有關F為結構振幅，︱FHKL︱=一個晶胞的相干散射振幅/一個電子的相干散射振幅強度比等于振幅的平方;|F|2稱為結構因子|F|2=0衍射線消光|F|2≠0衍射線不消光結構因子X射線散射的強度與晶胞的結構有關15晶體X射線衍射充要條件布拉格公式：晶體產(chǎn)生衍射的方向只與晶胞參數(shù)有關，與晶體結構無關；F2hkl：決定衍射強度的重要因素，決定衍射線的存在與否。衍射充要條件：2d

hklsinθhkl=nλF2hkl

≠0晶體X射線衍射充要條件16衍射儀法方法實質：X射線與物質作用產(chǎn)生衍射花樣。衍射花樣三要素：峰位、峰強、峰形；數(shù)據(jù)譜分析：開拓對粉末衍射數(shù)據(jù)處理的根本變革。衍射儀法方法實質：X射線與物質作用產(chǎn)生衍射花樣。17物像鑒定物相鑒定原理：衍射方向,是晶胞參數(shù)的函數(shù)；衍射強度是結構因子函數(shù)(取決于晶胞中原子的種類、數(shù)目和排列方式)。結晶物質均具有特定結晶結構（結晶類型，晶胞大小及質點種類，數(shù)目，分布）和組成元素。任何一個物相都有一套d-I特征值及衍射譜圖。因此，可以對多相共存的體系進行全分析。一種物質有自已獨特衍射譜與之對應，多相物質的衍射譜為各個互不相干，獨立存在物相衍射譜的簡單疊加。物像鑒定物相鑒定原理：18物相定量分析多相物質經(jīng)定性分析后，若要進一步知道各個組成物相的相對含量，就得進行X射線物相定量分析根據(jù)X射線衍射強度公式，某一物相的相對含量的增加，其衍射線的強度亦隨之增加，所以通過衍射線強度的數(shù)值可以確定對應物相的相對含量。由于各個物相對X射線的吸收影響不同，X射線衍射強度與該物相的相對含量之間不成正比關系，必須加以修正。德拜法中由于吸收因子與2θ角有關，而衍射儀法的吸收因子與2θ角無關，所以X射線物相定量分析常常是用衍射儀法進行。

物相定量分析多相物質經(jīng)定性分析后，若要進一步知道各個組成物相19定量相分析方法多種定量分析方法內標法（待測樣中加入一種含量固定的標準物質）K值法（基體沖洗法）無標樣法（試樣中所有相均已知）絕熱法（試樣中某一相作為內標物質，不能有非晶態(tài)物質存在）直接對比法（兩相的衍射強度比為基，適用于淬火鋼中殘余奧氏體測定）定量相分析方法多種定量分析方法20D8discover衍射儀產(chǎn)地：德國布魯克（AXS)公司型號：D8discoverD8discover衍射儀產(chǎn)地：德國布魯克（AXS)公司21主要結構光源：高壓發(fā)生器與X光管精密測角儀光學系統(tǒng)探測器主要結構22光源－高壓發(fā)生器與X光管X射線產(chǎn)生條件：電子流、高壓、真空室、靶面104105~V+X射線管陰極陽極（對陰極）光源－高壓發(fā)生器與X光管X射線產(chǎn)生條件：電子流、高壓、真空室23封閉管光源X光管：陶瓷X光管靶面：Cu靶封閉管光源X光管：陶瓷X光管靶面：Cu靶24X射線測角儀測角儀是X射線衍射儀的核心部分X射線測角儀結構示意圖C-計數(shù)管D-樣品E-支架F-接收(狹縫)光欄G-大轉盤(測角儀圓)H-樣品臺M-入射光欄O-測角儀中心S-管靶焦斑X射線測角儀測角儀是X射線衍射儀的核心部分25測角儀系統(tǒng)

測角儀系統(tǒng)26精密光學系統(tǒng)Bragg－Brentano衍射幾何設計原理：R1＝R2，試樣轉θ角，探測器轉2θ角（2θ/θ偶合），或試樣不動，光管轉θ，探測器轉θ（θ/θ偶合）精密光學系統(tǒng)Bragg－Brentano衍射幾何27探測器

作用是接收樣品衍射線(光子)信號轉變?yōu)殡?瞬時脈沖)信號。NaI閃爍計數(shù)器具有低背底（0.4cps）、高線性范圍2x106cps；新型YAP晶體閃爍計數(shù)器的線性范圍高達1x107cpsSi（Li）固體探測器具有極佳的能量分辨率?？蛇x擇特定能量的光子進行響應。背景小于0.01cps。探測器28配置的附件織構附件高溫附件薄膜掠射附件配置的附件29織構單晶體金屬材料：各向異性多晶體金屬材料：各向同性織構：晶粒取向擇優(yōu)分布用沖床沖制金屬零件時，往往會因擇優(yōu)取向造成廢品高溫超導體YBa2Cu3O7-x的超導特性(001)面，也即ab面能承載大的電流密度應制備這種(001)強織構超導材料織構單晶體金屬材料：各向異性30織構的分析方法描繪織構空間取向的極射赤面投影圖：極圖、反極圖極圖表示出試樣內各晶粒某一(hkl)晶面極點在外觀坐標系里的取向分布；反極圖表示晶粒的某一特定外觀方向相對于晶體坐標系的取向分布；取向分布函數(shù)(ODF)法：將試樣的軋面法向、軋向和橫向三位一體地在三維晶體學取向空間表示出來織構的分析方法31高溫附件

高溫條件下的試樣物相結構

直熱式加熱，升降溫速度可達

200℃/min；溫度最高可達1600℃；

樣品平放，安全性能好；

高溫附件32高溫測試樣品要求非液態(tài)（原則上）最好為粉末樣高溫下不與加熱片（鉑銠合金）發(fā)生反應加熱后不產(chǎn)生腐蝕性氣體高溫測試樣品要求33薄膜附件

衍射儀上加裝一掠射附件

（0.35°平行光狹縫）

膜及多層膜的物相分析入射光束以較低掠射角入射，可使薄膜衍射信息增大，而襯底反射最小。薄膜附件34可實現(xiàn)功能物相分析（物相鑒定與定量分析，結晶度測量）晶體結構分析（晶粒大小、點陣參數(shù)測定、相結構等）織構和殘余應力分析高溫條件下物相變化分析薄膜分析（薄膜的物相鑒定和定量分析）可實現(xiàn)功能物相分析（物相鑒定與定量分析，結晶度測量）35應用軟件功能DiffracPlusMeasurementPackage系統(tǒng)控制管理與數(shù)據(jù)采集軟件；DiffracPlusEVA基本數(shù)據(jù)處理軟件；DiffracPlusSearch自動物相檢索軟件，除常規(guī)化學元素,I/d值三判據(jù)作物相自動檢索方法外，本物相檢索方法利用扣除背底全譜數(shù)據(jù)作檢索，考慮到測量中所得到的全部信息，包括峰形（峰寬、峰不對稱性、肩峰）以及弱峰等?？捎行У貦z索多相樣品中重疊峰、擇優(yōu)取向、微量相中的物相；應用軟件功能36應用軟件功能DiffracplusDquant(包括在EVA軟件中)用作物相的定量分析，包括多種常規(guī)定量分析方法，如內標法、外標法、直接對比法，并可編程適用多種相定量分析，如鋁電解槽分析等；DiffracPlusTOPASP對X射線衍射線形進行函數(shù)模擬和基本參數(shù)擬合，后者從儀器幾何參數(shù)和試樣性質擬合線形，有確切物理意義，為無標樣晶粒尺寸和微觀應變測定提供解決辦法，可用作點陣參數(shù)精修和結晶度測定等。應用軟件功能DiffracplusDquant(包括在E37應用軟件功能DiffracplusSTRESS用作試樣和實物構件殘余應力測定，含有Omega模式和Psi模式，可給出選定方向的應力、切應力和應力張量。DiffracplusODF取向分布函數(shù)(ODF)織構定量分析軟件是在DiffracPlusTEXEDIT數(shù)據(jù)處理基礎上,由完整極圖或不完整極圖數(shù)據(jù),用球諧級數(shù)展開法做ODF分析,計算了奇數(shù)項,載尾項可任選,用Bunge符號繪出恒Phi1、Phi2和Φ的ODF截面圖,可回算繪制任意{hkl}完整極