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1、第八章第八章X射线衍射分析射线衍射分析材料现代测试技术材料现代测试技术1/10/20231/10/20231 1内内 容容8.1X8.1X射线的物理基础射线的物理基础射线的物理基础射线的物理基础8.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理8.3X8.3X射线衍射方法射线衍射方法射线衍射方法射线衍射方法8.4X8.4X射线衍射分析的应用射线衍射分析的应用射线衍射分析的应用射线衍射分析的应用2 28.1X射线的物理基础射线的物理基础8.1.1X8.1.1X射线的产生及本质射线的产生及本质射线的产生及本质射线的产生及本质18951895年，德国物理学家伦琴研究阴极射线时，发现年，
2、德国物理学家伦琴研究阴极射线时，发现年，德国物理学家伦琴研究阴极射线时，发现年，德国物理学家伦琴研究阴极射线时，发现X X射线。射线。射线。射线。19121912年年年年，德德德德国国国国物物物物理理理理学学学学家家家家劳劳劳劳厄厄厄厄等等等等人人人人发发发发现现现现了了了了X X射射射射线线线线在在在在晶晶晶晶体体体体中中中中的的的的衍衍衍衍射现象，确认了射现象，确认了射现象，确认了射现象，确认了X X射线是一种电磁波。射线是一种电磁波。射线是一种电磁波。射线是一种电磁波。同同同同年年年年，英英英英国国国国物物物物理理理理学学学学家家家家布布布布拉拉拉拉格格格格父父父父子子子子首首首首次次次
3、次利利利利用用用用X X射射射射线线线线衍衍衍衍射射射射方方方方法法法法测测测测定了定了定了定了NaClNaCl晶体的结构，开创了晶体的结构，开创了晶体的结构，开创了晶体的结构，开创了X X射线晶体结构分析的历史。射线晶体结构分析的历史。射线晶体结构分析的历史。射线晶体结构分析的历史。目目目目前前前前，X X射射射射线线线线物物物物相相相相分分分分析析析析法法法法成成成成为为为为鉴鉴鉴鉴别别别别物物物物相相相相的的的的一一一一种种种种有有有有效效效效手手手手段段段段，广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用在在在在地地地地质质质质、建建建建材材材材、土土土土壤壤壤壤、冶冶冶冶金金金金、石石石石油油油油
4、、化化化化工工工工、高高高高分分分分子子子子物物物物质、药物、纺织、食品等许多领域。质、药物、纺织、食品等许多领域。质、药物、纺织、食品等许多领域。质、药物、纺织、食品等许多领域。X X射线在近代科学和工艺上的应用主要有三方面：射线在近代科学和工艺上的应用主要有三方面：射线在近代科学和工艺上的应用主要有三方面：射线在近代科学和工艺上的应用主要有三方面：1.X1.X射线透视技术射线透视技术射线透视技术射线透视技术2.X2.X射线光谱技术射线光谱技术射线光谱技术射线光谱技术3.X3.X射线衍射技术射线衍射技术射线衍射技术射线衍射技术3 38.1.1X8.1.1X射线的产生及本质射线的产生及本质射线
5、的产生及本质射线的产生及本质1 1、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生凡凡凡凡是是是是高高高高速速速速运运运运动动动动的的的的电电电电子子子子流流流流或或或或其其其其它它它它高高高高能能能能辐辐辐辐射射射射流流流流（如如如如 射射射射线线线线，X X射射射射线线线线，中子流等）被突然减速时均能产生中子流等）被突然减速时均能产生中子流等）被突然减速时均能产生中子流等）被突然减速时均能产生XX射线。射线。射线。射线。X X射射射射线线线线机机机机的的的的构构构构成成成成：X X射射射射线线线线管管管管、高高高高压压压压变变变变压压压压器器器器、电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流调
6、调调调节节节节稳定系统、冷却系统、安全防护系统、检测系统等。稳定系统、冷却系统、安全防护系统、检测系统等。稳定系统、冷却系统、安全防护系统、检测系统等。稳定系统、冷却系统、安全防护系统、检测系统等。X X射线管：射线管：射线管：射线管：封闭式电子封闭式电子封闭式电子封闭式电子XX射线管（小功率）射线管（小功率）射线管（小功率）射线管（小功率）4 48.1.1X8.1.1X射线的产生及本质射线的产生及本质射线的产生及本质射线的产生及本质1 1、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生X X射线管：射线管：射线管：射线管：旋转阳极旋转阳极旋转阳极旋转阳极X X射线光管（大功率射线光管（大功率
7、射线光管（大功率射线光管（大功率X X射线机）射线机）射线机）射线机）5 58.1.1X8.1.1X射线的产生及本质射线的产生及本质射线的产生及本质射线的产生及本质2 2、X X射线的本质射线的本质射线的本质射线的本质波波波波长长长长范范范范围围围围在在在在0.00110nm0.00110nm间间间间的的的的一一一一种种种种电电电电磁磁磁磁波波波波，介介介介于于于于紫紫紫紫外外外外线线线线和和和和 射射射射线之间，但无明显的界限。线之间，但无明显的界限。线之间，但无明显的界限。线之间，但无明显的界限。nm m mm cm m km波长波长（）（）射线射线可见光可见光微波微波无线电波无线电波UV
8、IR射线射线X X衍射金属学中，常用波长约衍射金属学中，常用波长约衍射金属学中，常用波长约衍射金属学中，常用波长约0.250.5nm0.250.5nm用于材料探伤的波长为用于材料探伤的波长为用于材料探伤的波长为用于材料探伤的波长为0.10.005nm0.10.005nm6 68.1.2X8.1.2X射线谱射线谱射线谱射线谱类型（据谱线特征）：类型（据谱线特征）：类型（据谱线特征）：类型（据谱线特征）：特征特征特征特征X X射线谱的射线谱的射线谱的射线谱的产生的根本原因：原子内层电子的跃迁产生的根本原因：原子内层电子的跃迁产生的根本原因：原子内层电子的跃迁产生的根本原因：原子内层电子的跃迁一般一
9、般一般一般L L、MM系标识系标识系标识系标识X X射线波长较长，强度很弱，故衍射分析射线波长较长，强度很弱，故衍射分析射线波长较长，强度很弱，故衍射分析射线波长较长，强度很弱，故衍射分析工作中，主要使用工作中，主要使用工作中，主要使用工作中，主要使用KK系特征系特征系特征系特征X X射线射线射线射线。若若若若KK层层层层产产产产生生生生空空空空位位位位，其其其其外外外外层层层层（L L、MM、）电电电电子子子子向向向向KK层层层层跃跃跃跃迁迁迁迁产产产产生生生生的的的的X X射射射射线线线线统统统统称称称称为为为为KK系系系系特特特特征征征征辐射。辐射。辐射。辐射。特特特特征征征征X X射射
10、射射线线线线的的的的相相相相对对对对强强强强度度度度决决决决定定定定于于于于各各各各能能能能级级级级间间间间的的的的跃跃跃跃迁迁迁迁几几几几率率率率，并并并并与与与与跃跃跃跃迁迁迁迁前前前前壳层上的电子数有关。壳层上的电子数有关。壳层上的电子数有关。壳层上的电子数有关。9 98.1X射线的物理基础射线的物理基础8.1.3X8.1.3X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 X X射线的衰减射线的衰减射线的衰减射线的衰减XX射线穿过物体时，其强度按指数规律下降。射线穿过物体时，其强度按指数规律下降。射线穿过物体时，其强度按指数规律下降。射线穿过物体时，其
11、强度按指数规律下降。10108.1X8.1X射线的物理基础射线的物理基础射线的物理基础射线的物理基础8.1.3X8.1.3X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用XX射线的散射射线的散射射线的散射射线的散射相相相相干干干干散散散散射射射射：当当当当散散散散射射射射线线线线波波波波长长长长与与与与入入入入射射射射线线线线相相相相同同同同时时时时，相相相相位位位位差差差差恒恒恒恒定定定定，散散散散射射射射线之间能互相干涉。（线之间能互相干涉。（线之间能互相干涉。（线之间能互相干涉。（X X射线衍射分析法的技术基础）射线衍射分析法的技术基础）射线衍射分析法的
12、技术基础）射线衍射分析法的技术基础）非非非非相相相相干干干干散散散散射射射射：当当当当散散散散射射射射线线线线波波波波长长长长与与与与入入入入射射射射线线线线波波波波长长长长不不不不同同同同时时时时，散散散散射射射射线线线线之之之之间间间间不相干涉。不相干涉。不相干涉。不相干涉。8.1.4X8.1.4X射线的防护射线的防护射线的防护射线的防护具有很强穿透能力，并能杀伤生物细胞，对人体有害具有很强穿透能力，并能杀伤生物细胞，对人体有害具有很强穿透能力，并能杀伤生物细胞，对人体有害具有很强穿透能力，并能杀伤生物细胞，对人体有害防护：铅可强烈吸收防护：铅可强烈吸收防护：铅可强烈吸收防护：铅可强烈吸收
13、X X射线射线射线射线11118.2X射线衍射原理射线衍射原理8.2.1X8.2.1X射线的衍射射线的衍射射线的衍射射线的衍射 衍射的本质：衍射的本质：衍射的本质：衍射的本质：晶体中各原子相干散射波叠加的结果。晶体中各原子相干散射波叠加的结果。晶体中各原子相干散射波叠加的结果。晶体中各原子相干散射波叠加的结果。应应应应用用用用：测测测测定定定定晶晶晶晶态态态态物物物物质质质质在在在在原原原原子子子子水水水水平平平平上上上上的的的的结结结结构构构构，提提提提供供供供详详详详细细细细的的的的结结结结构构构构数数数数据据据据，如如如如原原原原子子子子间间间间的的的的距距距距离离离离、键键键键角角角角
14、、扭扭扭扭角角角角、分分分分子子子子的的的的立立立立体体体体结结结结构构构构、原原原原子或分子的堆积等。子或分子的堆积等。子或分子的堆积等。子或分子的堆积等。衍衍衍衍射射射射波波波波的的的的两两两两个个个个基基基基本本本本特特特特征征征征：方方方方向向向向（测测测测定定定定晶晶晶晶胞胞胞胞的的的的形形形形状状状状和和和和尺尺尺尺寸寸寸寸）、强度强度强度强度（确定原子在晶胞内的位置）（确定原子在晶胞内的位置）（确定原子在晶胞内的位置）（确定原子在晶胞内的位置）12128.2X射线衍射原理射线衍射原理8.2.28.2.2衍射方向衍射方向衍射方向衍射方向劳埃方程：确定衍射方向的基本方程劳埃方程：确定
15、衍射方向的基本方程劳埃方程：确定衍射方向的基本方程劳埃方程：确定衍射方向的基本方程布拉格方程：表达衍射线空间方位与晶体结构关系布拉格方程：表达衍射线空间方位与晶体结构关系布拉格方程：表达衍射线空间方位与晶体结构关系布拉格方程：表达衍射线空间方位与晶体结构关系1 1、劳埃方程、劳埃方程、劳埃方程、劳埃方程（单一原子列）一维点阵的衍射方向（单一原子列）一维点阵的衍射方向（单一原子列）一维点阵的衍射方向（单一原子列）一维点阵的衍射方向a as s0 0s sB BA AN NMM 0 0 相邻两原子的散射线光程差为：相邻两原子的散射线光程差为：相邻两原子的散射线光程差为：相邻两原子的散射线光程差为：
16、散射波干涉加强形成衍射，散射波干涉加强形成衍射，散射波干涉加强形成衍射，散射波干涉加强形成衍射，HH一维劳埃方程：一维劳埃方程：一维劳埃方程：一维劳埃方程：13138.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理衍射方向衍射方向衍射方向衍射方向1 1、劳埃方程、劳埃方程、劳埃方程、劳埃方程二维劳埃方程：二维劳埃方程：二维劳埃方程：二维劳埃方程：三维劳埃方程：三维劳埃方程：三维劳埃方程：三维劳埃方程：劳埃方程的约束性劳埃方程的约束性劳埃方程的约束性劳埃方程的约束性或协调性方程：或协调性方程：或协调性方程：或协调性方程：14148.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射
17、线衍射原理衍射方向衍射方向衍射方向衍射方向2 2、布拉格方程、布拉格方程、布拉格方程、布拉格方程平行平行平行平行X X射射射射线线线线：波长波长波长波长、入射角、入射角、入射角、入射角 晶体：晶体：晶体：晶体：晶面指数（晶面指数（晶面指数（晶面指数（hklhkl）、晶面间距）、晶面间距）、晶面间距）、晶面间距d dhklhkl（简写为（简写为（简写为（简写为d d）任意两相邻晶面反射光线光程差：任意两相邻晶面反射光线光程差：任意两相邻晶面反射光线光程差：任意两相邻晶面反射光线光程差：=ML+LN=2=ML+LN=2d dsinsin 当当当当=n=n时时时时，干涉一致加强，干涉一致加强，干涉一
18、致加强，干涉一致加强，布拉格方程：布拉格方程：布拉格方程：布拉格方程：2 2d dsinsin=n=n（nn为为为为反射反射反射反射级级级级数）数）数）数）A A1 1d dA A2 2MNMNL LKK 干涉指数表达的布拉格方程：干涉指数表达的布拉格方程：干涉指数表达的布拉格方程：干涉指数表达的布拉格方程：（hklhkl）晶晶晶晶面面面面间间间间距距距距为为为为d dhklhkl，则则则则晶晶晶晶面面面面间间间间距距距距为为为为d dhklhkl/n/n（n n为为为为正正正正整整整整数数数数）的的的的晶晶晶晶面面面面干干干干涉涉涉涉指指指指数数数数为为为为（nhnhnknknlnl），记记
19、记记为为为为（HKLHKL）；d dhklhkl/n/n简写为简写为简写为简写为d dHKLHKL2 2d dHKLHKLsinsin=15158.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理衍射方向衍射方向衍射方向衍射方向2 2、布拉格方程、布拉格方程、布拉格方程、布拉格方程讨论：讨论：讨论：讨论：1 1）X X射射射射线线线线在在在在晶晶晶晶面面面面上上上上“反反反反射射射射”的的的的实实实实质质质质：所所所所有有有有受受受受X X射射射射线线线线照照照照射射射射原原原原子子子子（包包包包括括括括表表表表面面面面和和和和晶晶晶晶体体体体内内内内部部部部）的的的的散散散散射射
20、射射线线线线干干干干涉涉涉涉加加加加强强强强而而而而形形形形成成成成。且且且且只只只只有有有有在在在在满满满满足足足足布布布布拉拉拉拉格格格格方方方方程程程程的的的的某某某某些些些些特特特特殊殊殊殊角角角角度度度度下下下下才才才才能能能能“反反反反射射射射”，是是是是一种选择反射。故布拉格方程也称一种选择反射。故布拉格方程也称一种选择反射。故布拉格方程也称一种选择反射。故布拉格方程也称X X射线射线射线射线“反射反射反射反射”定律。定律。定律。定律。2 2）“选选选选择择择择反反反反射射射射”即即即即反反反反射射射射定定定定律律律律+布布布布拉拉拉拉格格格格方方方方程程程程，仅仅仅仅是是是是衍
21、衍衍衍射射射射产产产产生生生生的的的的必必必必要条件要条件要条件要条件（充要条件见后）。（充要条件见后）。（充要条件见后）。（充要条件见后）。3 3）反射级数）反射级数）反射级数）反射级数n n受受受受sin1sin1限制，即：限制，即：限制，即：限制，即：n2d/n2d/或或或或dndn /2/2 和和和和衍衍衍衍射射射射面面面面选选选选定定定定后后后后，可可可可能能能能有有有有的的的的反反反反射射射射级级级级数数数数n n也也也也确确确确定定定定，不不不不是是是是无无无无限限限限的；一定的；一定的；一定的；一定 的的的的X X射线，晶体中能产生衍射的晶面数也有限。射线，晶体中能产生衍射的晶
22、面数也有限。射线，晶体中能产生衍射的晶面数也有限。射线，晶体中能产生衍射的晶面数也有限。4 4）sin=/2d1sin=/2d1时时时时，若若若若 太太太太小小小小不不不不易易易易观观观观察察察察或或或或探探探探测测测测到到到到衍衍衍衍射射射射信信信信号号号号，实实实实际衍射分析用的际衍射分析用的际衍射分析用的际衍射分析用的X X射线波长与晶体的晶格常数较为接近。射线波长与晶体的晶格常数较为接近。射线波长与晶体的晶格常数较为接近。射线波长与晶体的晶格常数较为接近。16168.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理衍射方向衍射方向衍射方向衍射方向2 2、布拉格方程、布拉格方
23、程、布拉格方程、布拉格方程应用：应用：应用：应用：结结结结构构构构分分分分析析析析：利利利利用用用用已已已已知知知知波波波波长长长长的的的的特特特特征征征征X X射射射射线线线线，通通通通过过过过测测测测 角角角角，计计计计算晶面算晶面算晶面算晶面间间间间距距距距d d；X X射射射射线线线线光光光光谱谱谱谱学学学学：已已已已知知知知晶晶晶晶面面面面间间间间距距距距d d，通通通通过过过过测测测测 角角角角，计计计计算算算算未未未未知知知知X X射射射射线线线线的波的波的波的波长长长长。3 3、衍射方向、衍射方向、衍射方向、衍射方向布布布布拉拉拉拉格格格格公公公公式式式式+某某某某晶晶晶晶面面
24、面面间间间间距距距距公公公公式式式式该该该该晶晶晶晶系系系系的的的的衍衍衍衍射射射射方方方方向向向向表表表表达达达达式式式式；相反，测得衍射方向相反，测得衍射方向相反，测得衍射方向相反，测得衍射方向晶胞的形状和尺寸晶胞的形状和尺寸晶胞的形状和尺寸晶胞的形状和尺寸分析衍射强度分析衍射强度分析衍射强度分析衍射强度原子在晶胞中的位置原子在晶胞中的位置原子在晶胞中的位置原子在晶胞中的位置17178.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理8.2.2X8.2.2X射线衍射强度射线衍射强度射线衍射强度射线衍射强度1 1、研究过程：、研究过程：、研究过程：、研究过程：一个电子对一个电子对
25、一个电子对一个电子对X X射射射射线的散射强度线的散射强度线的散射强度线的散射强度一个原子对一个原子对一个原子对一个原子对X X射射射射线的散射强度线的散射强度线的散射强度线的散射强度一个晶胞对一个晶胞对一个晶胞对一个晶胞对X X射射射射线的散射强度线的散射强度线的散射强度线的散射强度一个小晶体散射一个小晶体散射一个小晶体散射一个小晶体散射强度与衍射强度强度与衍射强度强度与衍射强度强度与衍射强度多晶体对多晶体对多晶体对多晶体对X X射线射线射线射线的衍射强度的衍射强度的衍射强度的衍射强度温度、吸收强度、等同晶面数的影响温度、吸收强度、等同晶面数的影响温度、吸收强度、等同晶面数的影响温度、吸收强
26、度、等同晶面数的影响（结构因子）（结构因子）（结构因子）（结构因子）结构因子结构因子结构因子结构因子F F：单位晶胞中所有原子散射波叠加的波单位晶胞中所有原子散射波叠加的波单位晶胞中所有原子散射波叠加的波单位晶胞中所有原子散射波叠加的波F Fhklhkl=F Fhklhklexp-exp-hklhkl 相角相角相角相角18188.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理XX射线衍射强度射线衍射强度射线衍射强度射线衍射强度2 2、晶胞衍射强度、晶胞衍射强度、晶胞衍射强度、晶胞衍射强度沿沿沿沿干干干干涉涉涉涉指指指指数数数数（HKLHKL）的的的的晶晶晶晶面面面面上上上上反反反
27、反射射射射线线线线方方方方向向向向散散散散射射射射波波波波，即即即即晶晶晶晶胞胞胞胞衍衍衍衍射波的强度为：射波的强度为：射波的强度为：射波的强度为：I Ib b=|F F|22I Ie e其中：其中：其中：其中：I Ie e晶体中原子内电子散射的强度。晶体中原子内电子散射的强度。晶体中原子内电子散射的强度。晶体中原子内电子散射的强度。F F值只与晶胞所含原子数及原子位置有关，与其形状无关。值只与晶胞所含原子数及原子位置有关，与其形状无关。值只与晶胞所含原子数及原子位置有关，与其形状无关。值只与晶胞所含原子数及原子位置有关，与其形状无关。|F F|2 2=0=0时，时，时，时，I Ib b=0=
28、0，(HKL)(HKL)面上衍射线消失，产生系统消光。面上衍射线消失，产生系统消光。面上衍射线消失，产生系统消光。面上衍射线消失，产生系统消光。衍射的充要条件：衍射的充要条件：衍射的充要条件：衍射的充要条件：选择反射（反射定律选择反射（反射定律选择反射（反射定律选择反射（反射定律+布拉格方程）布拉格方程）布拉格方程）布拉格方程）+|F F|2 200 3 3、小晶体（单晶、晶粒或亚晶粒）的衍射积分强度、小晶体（单晶、晶粒或亚晶粒）的衍射积分强度、小晶体（单晶、晶粒或亚晶粒）的衍射积分强度、小晶体（单晶、晶粒或亚晶粒）的衍射积分强度V V0 0、V V分别为晶胞、小晶体体积分别为晶胞、小晶体体积
29、分别为晶胞、小晶体体积分别为晶胞、小晶体体积19198.2X8.2X射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理射线衍射原理XX射线衍射强度射线衍射强度射线衍射强度射线衍射强度4 4、多晶体衍射积分强度、多晶体衍射积分强度、多晶体衍射积分强度、多晶体衍射积分强度多多多多晶晶晶晶体体体体的的的的（HKLHKL）衍衍衍衍射射射射积积积积分分分分强强强强度度度度=一一一一个个个个晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的衍衍衍衍射射射射积积积积分分分分强强强强度度度度I Imm 多晶体中实际参与（多晶体中实际参与（多晶体中实际参与（多晶体中实际参与（HKLHKL）衍射的晶粒数）衍射的晶粒数）衍射的晶粒数）衍射的晶粒数q q样
30、品被照射的体积，样品被照射的体积，样品被照射的体积，样品被照射的体积，V=V=VqVq单位弧长的衍射积分强度单位弧长的衍射积分强度单位弧长的衍射积分强度单位弧长的衍射积分强度I I ：5 5、影响衍射强度的因素、影响衍射强度的因素、影响衍射强度的因素、影响衍射强度的因素（多重性因子（多重性因子（多重性因子（多重性因子P PHKLHKL、吸收因子、吸收因子、吸收因子、吸收因子A(A()、温度因、温度因、温度因、温度因子子子子e e-2M-2M）（）（）（）（p85p85多晶衍射积分强度计算式多晶衍射积分强度计算式多晶衍射积分强度计算式多晶衍射积分强度计算式5-455-45）20208.3X射线衍
31、射方法射线衍射方法基本衍射方法：基本衍射方法：基本衍射方法：基本衍射方法：衍射方法衍射方法衍射方法衍射方法 实验条件实验条件实验条件实验条件粉末照相法粉末照相法粉末照相法粉末照相法不变不变不变不变变变变变特征（单色）特征（单色）特征（单色）特征（单色）X X射线照射粉晶或多晶射线照射粉晶或多晶射线照射粉晶或多晶射线照射粉晶或多晶衍射仪法衍射仪法衍射仪法衍射仪法不变不变不变不变变变变变单色单色单色单色X X射线照射多晶体或转动的多晶体射线照射多晶体或转动的多晶体射线照射多晶体或转动的多晶体射线照射多晶体或转动的多晶体劳埃法劳埃法劳埃法劳埃法变变变变不变不变不变不变连续连续连续连续X X射线照射固
32、定的单晶体射线照射固定的单晶体射线照射固定的单晶体射线照射固定的单晶体转动晶体法转动晶体法转动晶体法转动晶体法不变不变不变不变部分变化部分变化部分变化部分变化单色单色单色单色X X射线照射转动的单晶体射线照射转动的单晶体射线照射转动的单晶体射线照射转动的单晶体8.3.18.3.1粉末照相法粉末照相法粉末照相法粉末照相法 粉末照相法是将一束近平行的单色粉末照相法是将一束近平行的单色粉末照相法是将一束近平行的单色粉末照相法是将一束近平行的单色XX射线投射到多晶样品射线投射到多晶样品射线投射到多晶样品射线投射到多晶样品上，用照相底片记录衍射线束强度和方向的一种实验法。上，用照相底片记录衍射线束强度和
33、方向的一种实验法。上，用照相底片记录衍射线束强度和方向的一种实验法。上，用照相底片记录衍射线束强度和方向的一种实验法。主要装置为粉末照相机，最为常用的是主要装置为粉末照相机，最为常用的是主要装置为粉末照相机，最为常用的是主要装置为粉末照相机，最为常用的是德拜照相法德拜照相法德拜照相法德拜照相法，该粉，该粉，该粉，该粉末照相法又称为德拜法（德拜末照相法又称为德拜法（德拜末照相法又称为德拜法（德拜末照相法又称为德拜法（德拜-谢乐法）。谢乐法）。谢乐法）。谢乐法）。21218.3.1粉末照相法粉末照相法1 1、成像原理与衍射花样特征、成像原理与衍射花样特征、成像原理与衍射花样特征、成像原理与衍射花样
34、特征成像原理：成像原理：成像原理：成像原理：uu 试样众多小晶粒中，某一晶面族的衍射线可想象成是由其中一个晶面以试样众多小晶粒中，某一晶面族的衍射线可想象成是由其中一个晶面以试样众多小晶粒中，某一晶面族的衍射线可想象成是由其中一个晶面以试样众多小晶粒中，某一晶面族的衍射线可想象成是由其中一个晶面以入射线为轴，以衍射角入射线为轴，以衍射角入射线为轴，以衍射角入射线为轴，以衍射角2 2 为半顶角的圆锥面。为半顶角的圆锥面。为半顶角的圆锥面。为半顶角的圆锥面。uu 不同晶面族的衍射角不同，衍射线所在的圆锥的半顶角就不同，各个不不同晶面族的衍射角不同，衍射线所在的圆锥的半顶角就不同，各个不不同晶面族的
35、衍射角不同，衍射线所在的圆锥的半顶角就不同，各个不不同晶面族的衍射角不同，衍射线所在的圆锥的半顶角就不同，各个不同晶面族的衍射线将共同构成一系列以入射线为轴的同顶点的圆锥。同晶面族的衍射线将共同构成一系列以入射线为轴的同顶点的圆锥。同晶面族的衍射线将共同构成一系列以入射线为轴的同顶点的圆锥。同晶面族的衍射线将共同构成一系列以入射线为轴的同顶点的圆锥。2222衍射花纹衍射花纹衍射花纹衍射花纹用垂直于入射线的平板底片记录用垂直于入射线的平板底片记录用垂直于入射线的平板底片记录用垂直于入射线的平板底片记录衍射图为一系列同心圆；衍射图为一系列同心圆；衍射图为一系列同心圆；衍射图为一系列同心圆；用围绕试
36、样的圆桶形底片记录用围绕试样的圆桶形底片记录用围绕试样的圆桶形底片记录用围绕试样的圆桶形底片记录衍射图是一系列弧线段。衍射图是一系列弧线段。衍射图是一系列弧线段。衍射图是一系列弧线段。8.3.18.3.1粉末照相法粉末照相法粉末照相法粉末照相法成像原理与衍射花样特征成像原理与衍射花样特征成像原理与衍射花样特征成像原理与衍射花样特征23238.3.18.3.1粉末照相法粉末照相法粉末照相法粉末照相法2 2、德拜照相机、德拜照相机、德拜照相机、德拜照相机德拜相机的组成：德拜相机的组成：德拜相机的组成：德拜相机的组成：4 4）后后后后光光光光栏栏栏栏（承承承承光光光光管管管管）：以以以以便便便便让让
37、让让透透透透射射射射光光光光束束束束射射射射出出出出，并并并并装装装装有有有有荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏，用用用用以以以以检检检检查查查查XX射射射射线线线线是是是是否否否否投射到样品上。投射到样品上。投射到样品上。投射到样品上。1 1）圆圆圆圆筒筒筒筒外外外外壳壳壳壳：圆圆圆圆筒筒筒筒形形形形暗暗暗暗盒盒盒盒，在在在在其其其其内内内内壁壁壁壁安安安安装装装装照照照照相相相相底底底底片片片片，内内内内径径径径57.357.3或或或或114.6mm114.6mm；2 2）试样架；）试样架；）试样架；）试样架；3 3）光光光光栏栏栏栏：平平平平行行行行光光光光管管管管，以以以以便便便便使使使使入入入
38、入射射射射XX射射射射线线线线成成成成为为为为近近近近平平平平行行行行光光光光束投射到样品上；束投射到样品上；束投射到样品上；束投射到样品上；24248.3.18.3.1粉末照相法粉末照相法粉末照相法粉末照相法德拜照相机德拜照相机德拜照相机德拜照相机底片的安装方式（按底片开口处的位置）：底片的安装方式（按底片开口处的位置）：底片的安装方式（按底片开口处的位置）：底片的安装方式（按底片开口处的位置）：正装法：光栏两侧（物相分析）正装法：光栏两侧（物相分析）正装法：光栏两侧（物相分析）正装法：光栏两侧（物相分析）反装法：承光管两侧（测定点阵常数）反装法：承光管两侧（测定点阵常数）反装法：承光管两侧
39、（测定点阵常数）反装法：承光管两侧（测定点阵常数）不不不不对对对对称称称称法法法法：两两两两者者者者之之之之间间间间（可可可可校校校校正正正正底底底底片片片片收收收收缩缩缩缩及及及及相相相相机机机机半半半半径径径径不不不不准准准准确所产生的误差，适用于点阵常数精确测定，使用较多。确所产生的误差，适用于点阵常数精确测定，使用较多。确所产生的误差，适用于点阵常数精确测定，使用较多。确所产生的误差，适用于点阵常数精确测定，使用较多。高角 高角低角 低角高角 低角25258.3.18.3.1粉末照相法粉末照相法粉末照相法粉末照相法德拜照相机德拜照相机德拜照相机德拜照相机3 3、衍射花样的测量和计算、衍
40、射花样的测量和计算、衍射花样的测量和计算、衍射花样的测量和计算通通通通过过过过测测测测量量量量底底底底片片片片上上上上衍衍衍衍射射射射线线线线条条条条的的的的相相相相对对对对位位位位置置置置计计计计算算算算 角角角角，并并并并确确确确定定定定衍衍衍衍射射射射线条相对强度。线条相对强度。线条相对强度。线条相对强度。2 2 909090，高角（背反射）区，高角（背反射）区，高角（背反射）区，高角（背反射）区：=90=90 =2 2L L (57.3/4R)(57.3/4R)26268.3.18.3.1粉末照相法粉末照相法粉末照相法粉末照相法德拜照相机德拜照相机德拜照相机德拜照相机4 4、试样的制备
41、、试样的制备、试样的制备、试样的制备常用的试样是细圆柱状的粉末集合体，直径小于常用的试样是细圆柱状的粉末集合体，直径小于常用的试样是细圆柱状的粉末集合体，直径小于常用的试样是细圆柱状的粉末集合体，直径小于0.5-0.8mm0.5-0.8mm程序：粉碎程序：粉碎程序：粉碎程序：粉碎研钵磨细研钵磨细研钵磨细研钵磨细退火退火退火退火过筛过筛过筛过筛成型成型成型成型5 5、德拜法的优点、德拜法的优点、德拜法的优点、德拜法的优点 所需样品极少；所需样品极少；所需样品极少；所需样品极少；几乎所有衍射线条均可全部记录在一张底片上；几乎所有衍射线条均可全部记录在一张底片上；几乎所有衍射线条均可全部记录在一张底
42、片上；几乎所有衍射线条均可全部记录在一张底片上；可可可可调调调调整整整整试试试试样样样样的的的的吸吸吸吸收收收收系系系系数数数数，使使使使整整整整个个个个照照照照片片片片的的的的衍衍衍衍射射射射强强强强度度度度比比比比较较较较均均均均匀，同时保持相当高的测量精度。匀，同时保持相当高的测量精度。匀，同时保持相当高的测量精度。匀，同时保持相当高的测量精度。27278.3.2衍射仪法衍射仪法X X射射射射线线线线衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪是是是是用用用用射射射射线线线线探探探探测测测测器器器器和和和和测测测测角角角角仪仪仪仪探探探探测测测测衍衍衍衍射射射射线线线线的的的的强强强强度度度度和和和和位位位
43、位置置置置，并并并并转转转转化化化化为为为为电电电电信信信信号号号号，后后后后借借借借助助助助计计计计算算算算技技技技术术术术对对对对数数数数据据据据进进进进行行行行自自自自动动动动记记记记录、处理和分析的仪器。录、处理和分析的仪器。录、处理和分析的仪器。录、处理和分析的仪器。衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪分分分分类类类类：粉粉粉粉末末末末衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪、四四四四圆圆圆圆衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪（单单单单晶晶晶晶结结结结构构构构）、微微微微区区区区衍射仪和双晶衍射仪等。衍射仪和双晶衍射仪等。衍射仪和双晶衍射仪等。衍射仪和双晶衍射仪等。X X射线衍射分析法的基本要素：衍射线峰位、线形和强度。
44、射线衍射分析法的基本要素：衍射线峰位、线形和强度。射线衍射分析法的基本要素：衍射线峰位、线形和强度。射线衍射分析法的基本要素：衍射线峰位、线形和强度。衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪可可可可根根根根据据据据任任任任何何何何一一一一种种种种照照照照相相相相机机机机的的的的结结结结构构构构来来来来设设设设计计计计，常常常常用用用用的的的的粉粉粉粉末末末末衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪的的的的结结结结构构构构与与与与德德德德拜拜拜拜相相相相机机机机类类类类似似似似，只只只只是是是是用用用用一一一一个个个个绕绕绕绕轴轴轴轴转转转转动动动动的的的的探探探探测测测测器器器器代替了照相底片。代替了照相底片。代替了照相底片
45、。代替了照相底片。仪器结构：仪器结构：仪器结构：仪器结构：1 1、X X射线发生系统射线发生系统射线发生系统射线发生系统产生稳定的产生稳定的产生稳定的产生稳定的X X射线光源射线光源射线光源射线光源2 2、测角仪、测角仪、测角仪、测角仪测量衍射花样三要素测量衍射花样三要素测量衍射花样三要素测量衍射花样三要素3 3、探测与记录系统、探测与记录系统、探测与记录系统、探测与记录系统接收记录衍射花样接收记录衍射花样接收记录衍射花样接收记录衍射花样4 4、控制系统、控制系统、控制系统、控制系统控制仪器运转、收集和打印结果控制仪器运转、收集和打印结果控制仪器运转、收集和打印结果控制仪器运转、收集和打印结果
46、 2828衍射仪构成框图衍射仪构成框图衍射仪构成框图衍射仪构成框图8.3.2衍射仪法衍射仪法核心部分核心部分核心部分核心部分29298.3.2衍射仪法衍射仪法1 1、测角仪、测角仪、测角仪、测角仪结构结构结构结构A-A-入射光栏；入射光栏；入射光栏；入射光栏；B-B-接收光栏；接收光栏；接收光栏；接收光栏；D-D-计数器；计数器；计数器；计数器；E-E-支架；支架；支架；支架；H-H-样品台；样品台；样品台；样品台；K-K-刻度盘；刻度盘；刻度盘；刻度盘；O-O-测角仪中心测角仪中心测角仪中心测角仪中心3030测角仪聚焦原理测角仪聚焦原理测角仪聚焦原理测角仪聚焦原理8.3.28.3.2衍射仪法
47、衍射仪法衍射仪法衍射仪法测角仪测角仪测角仪测角仪扫扫扫扫描描描描转转转转动动动动中中中中，焦焦焦焦点点点点F F位位位位置置置置变变变变化化化化，导导导导致致致致焦焦焦焦距距距距圆圆圆圆半半半半径径径径变变变变化化化化，而而而而样样样样品品品品表表表表面面面面不不不不可可可可能能能能满满满满足足足足于于于于聚聚聚聚焦焦焦焦圆圆圆圆有有有有相相相相同同同同曲曲曲曲率率率率的的的的要要要要求求求求，故故故故衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪一一一一般般般般仅仅仅仅能采用平板样品，使其表面在扫描过程中始终与聚焦圆相切。能采用平板样品，使其表面在扫描过程中始终与聚焦圆相切。能采用平板样品，使其表面在扫描过程中始
48、终与聚焦圆相切。能采用平板样品，使其表面在扫描过程中始终与聚焦圆相切。31318.3.2衍射仪衍射仪2 2、辐射探测器、辐射探测器、辐射探测器、辐射探测器作用：作用：作用：作用：接收样品衍射线（光子），将光信号转变为电信号接收样品衍射线（光子），将光信号转变为电信号接收样品衍射线（光子），将光信号转变为电信号接收样品衍射线（光子），将光信号转变为电信号种类：种类：种类：种类：充充充充气气气气式式式式计计计计数数数数器器器器（正正正正比比比比计计计计数数数数器器器器、盖盖盖盖革革革革计计计计数数数数器器器器）：以以以以X X射射射射线线线线光光光光子可使气体电离为基础子可使气体电离为基础子可使气
49、体电离为基础子可使气体电离为基础 闪闪闪闪烁烁烁烁计计计计数数数数器器器器：利利利利用用用用X X射射射射线线线线激激激激发发发发某某某某些些些些固固固固体体体体物物物物质质质质发发发发射射射射可可可可见见见见荧荧荧荧光光光光并通过光电倍增管放大并通过光电倍增管放大并通过光电倍增管放大并通过光电倍增管放大3 3、计数测量方法与测量参数选择、计数测量方法与测量参数选择、计数测量方法与测量参数选择、计数测量方法与测量参数选择 测量方法：测量方法：测量方法：测量方法：连续扫描连续扫描连续扫描连续扫描 步进（阶梯）扫描步进（阶梯）扫描步进（阶梯）扫描步进（阶梯）扫描32328.3.28.3.2衍射仪衍
50、射仪衍射仪衍射仪计数测量方法与测量参数选择计数测量方法与测量参数选择计数测量方法与测量参数选择计数测量方法与测量参数选择连连连连续续续续扫扫扫扫描描描描法法法法：让让让让试试试试样样样样和和和和探探探探测测测测器器器器以以以以1:21:2的的的的角角角角速速速速度度度度作作作作匀匀匀匀速速速速圆圆圆圆周周周周运运运运动动动动，在在在在转转转转动动动动过过过过程程程程中中中中同同同同时时时时将将将将探探探探测测测测器器器器依依依依次次次次所所所所接接接接收收收收到到到到的的的的各各各各晶晶晶晶面面面面衍衍衍衍射射射射信信信信号号号号输入到记录系统或数据处理系统，获得的衍射图谱。输入到记录系统或数