《第五章 X射线衍射实验方法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 X射线衍射实验方法.ppt（87页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第四章作业CsCl单位晶胞中，含有一个Cs原子和一个Cl原子，其坐标分别为000和1/2。试计算结构因子，确定可反射晶面指数和布拉格点阵类型。第五章第五章 X射线衍射实验方法射线衍射实验方法各种扫描模式与应用各种扫描模式与应用常用的实验方法常用的实验方法按成相原理分：单晶劳埃法、多晶粉末按成相原理分：单晶劳埃法、多晶粉末 法、周转晶体法法、周转晶体法按记录方式分：按记录方式分：照相法照相法：用照相底片记录衍射花样：用照相底片记录衍射花样 衍射仪法衍射仪法：用各种辐射探测器和电：用各种辐射探测器和电 子仪表记录。子仪表记录。1.粉末照相法粉末照相法粉末照相法是用单色粉末照相法是用单色X射线照射转
2、动射线照射转动（或固定）多晶体试样，并用照相底（或固定）多晶体试样，并用照相底片记录衍射花样的一种实验方法。试片记录衍射花样的一种实验方法。试样可为块、板、丝等形状，但最常用样可为块、板、丝等形状，但最常用粉末，故称粉末法。粉末，故称粉末法。粉末法成相原理粉末法成相原理：粉末照相法可分为：粉末照相法可分为：德拜德拜-谢乐法谢乐法、聚聚焦照相法焦照相法、平面底片法平面底片法。粉末法成相原理图Debye照相法现已很少用圆筒底片摄照示意图圆筒底片摄照示意图聚焦照相法聚焦照相法利用发散度较大的入射线，照射到试样的较大利用发散度较大的入射线，照射到试样的较大区域，由这个区域发射的衍射线又能重新聚焦，区域
3、，由这个区域发射的衍射线又能重新聚焦，这种衍射方法称为这种衍射方法称为聚焦法聚焦法。聚焦相机的基本特。聚焦相机的基本特征是狭缝光阑、试样和条状底片三者位于同一征是狭缝光阑、试样和条状底片三者位于同一个聚焦圆上。它所依据的几何原理是同一圆周个聚焦圆上。它所依据的几何原理是同一圆周上的同弧圆周角相等，并等于同弧圆心角的一上的同弧圆周角相等，并等于同弧圆心角的一半。按照这样的几何原理，让狭缝光阑、试样半。按照这样的几何原理，让狭缝光阑、试样和条状底片三者采取不同的布置，便可设计出和条状底片三者采取不同的布置，便可设计出各种不同类型的聚焦相机。各种不同类型的聚焦相机。塞曼塞曼-波林相机的衍射几何波林相
4、机的衍射几何相机的内壁圆周为相机的内壁圆周为聚焦圆，狭缝光阑聚焦圆，狭缝光阑s、试样表面试样表面AB和条状和条状底片底片MN三者准确三者准确地安置在同一个聚地安置在同一个聚焦圆上。狭缝光阑焦圆上。狭缝光阑相当相当X射线的虚光射线的虚光源，实际光源为源，实际光源为x射射线管的焦点。线管的焦点。平面底片照相法平面底片照相法利用单色（标识）利用单色（标识）X射线、多晶体试样、平射线、多晶体试样、平面底片和针孔光阑，故也称之为针孔法。面底片和针孔光阑，故也称之为针孔法。它又可分为透射和背射两种方法。它又可分为透射和背射两种方法。平面底片透射法的衍射几何平面底片透射法的衍射几何平面底片摄照示意图平面底片
5、摄照示意图2.衍射仪法衍射仪法衍射仪法用探测器取代了照相机，记衍射仪法用探测器取代了照相机，记录仪、绘图仪、打印机取代了相片，录仪、绘图仪、打印机取代了相片，得到得到I2曲线。曲线。与照相法比较与照相法比较：粉末多晶体衍射仪粉末多晶体衍射仪（本章重点）（本章重点）计数测量方法和实验参数的选择计数测量方法和实验参数的选择衍射花样的指数化衍射花样的指数化可实现全自动化或半自动化可实现全自动化或半自动化,所以效率高所以效率高灵敏度高灵敏度高,衍射线可以聚集衍射线可以聚集精度高精度高,分辨率高分辨率高高分辨衍射仪高分辨衍射仪（D8-Discovre型，型，Bruker公司公司1999年产品）年产品）多
6、功能多功能X射线衍射仪射线衍射仪 XPert PRO X射线衍射仪是全新概念的预射线衍射仪是全新概念的预校准光路全模块化的校准光路全模块化的X射线衍射仪可实现多射线衍射仪可实现多种功能应用。不同光路系统及各种样品台等种功能应用。不同光路系统及各种样品台等附件均可以在几分钟内实现高精度的更换。附件均可以在几分钟内实现高精度的更换。测角仪由于采用测角仪由于采用DOPS直接光学编码器，直直接光学编码器，直流马达驱动，精度与稳定性大大提高。配备流马达驱动，精度与稳定性大大提高。配备多种新型光路及样品台模块：入射光有可编多种新型光路及样品台模块：入射光有可编程发散狭缝、程发散狭缝、Mirror镜镜(平行
7、光平行光)、Monocapillary(单毛细管透镜）单毛细管透镜）Hybird(平行光单色器）；衍射光路有可编程防反平行光单色器）；衍射光路有可编程防反射狭缝、可编程接收狭缝、射狭缝、可编程接收狭缝、Xcelerator 探探测器（新型高效能探测器测器（新型高效能探测器；样品台有微区、；样品台有微区、非环境、毛细管旋转等样品台。通过配置不非环境、毛细管旋转等样品台。通过配置不同的光学模块和样品台，可满足由普通相分同的光学模块和样品台，可满足由普通相分析到薄膜测定，高分辨分析，微区测定，应析到薄膜测定，高分辨分析，微区测定，应力，织构，非环境下动态研究，微量相测定力，织构，非环境下动态研究，微
8、量相测定等不同领域要求。等不同领域要求。XCelerator超能探测器为飞利浦公司最新超能探测器为飞利浦公司最新产品，获产品，获2001年世界最佳年世界最佳100项项R&D发明发明奖。可使探测器的接收效率或接收强度提高奖。可使探测器的接收效率或接收强度提高100倍，灵敏度提高倍，灵敏度提高10倍。倍。X射线仪的基本组成射线仪的基本组成1.X射线发生器；射线发生器；2.衍射测角仪衍射测角仪；3.晶体单色器晶体单色器；4.辐射探测器辐射探测器；5.测量电路测量电路；6.控制操作和运行软件的电子计算机系统。控制操作和运行软件的电子计算机系统。测角仪测角仪测角仪是测角仪是X射线的核心组成部分。射线的核
9、心组成部分。是安放试样，使试样实现衍射和搜集衍是安放试样，使试样实现衍射和搜集衍射线角度和强度的关键部件。射线角度和强度的关键部件。一一.测角仪的构造测角仪的构造二二.原理原理图图5-5-测角仪示意图测角仪示意图试样台位于测角仪中心，试样台的中心轴ON与测角仪的中心轴(垂直图面)O垂直。试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身中心轴转动。试样试样放测角仪中心放测角仪中心,平板状多晶试样平板状多晶试样试样台试样台绕测角仪中心轴和绕自身的绕测角仪中心轴和绕自身的中心轴转动中心轴转动装样装样试样表面与测角仪中心轴重合试样表面与测角仪中心轴重合测角仪圆测角仪圆(衍射仪圆衍射仪圆)焦点焦点F和接收光
10、和接收光阑阑G位于的圆周位于的圆周,以样品为圆心以样品为圆心.测角仪圆测角仪圆所在平面称测角仪平面所在平面称测角仪平面.试样台和计数器分别固定在两个同轴圆试样台和计数器分别固定在两个同轴圆盘上盘上,并且由两个步进马达驱动并且由两个步进马达驱动测量时测量时:试样试样:绕中心轴绕中心轴O转动转动,不断改不断改变变.计计数器数器:沿沿测测角角仪圆仪圆周运周运动动GG,接收各接收各2所所对应对应的衍射的衍射强强度度.且有且有角、角、2角角单单独独转转动动，以及，以及和和2以以1：2角速度角速度联联合合驱动驱动扫扫描范描范围围：2角同由角同由0（通常（通常5）以上）以上150（超过此角度，将引起测角仪系
11、统（超过此角度，将引起测角仪系统损坏）损坏）测角仪要求与测角仪要求与X射线管的线焦斑联接使用，射线管的线焦斑联接使用，其光学布置其光学布置如图如图所示。所示。图图5-测角仪的光路系统测角仪的光路系统原理：是按照Bragg-Brantano准聚焦原理,即变换聚焦园半径原理设计的。图图5-5-测角仪圆和聚焦圆测角仪圆和聚焦圆无论探测器处于什么位置，入射无论探测器处于什么位置，入射x射线和试样表面的射线和试样表面的夹角与从夹角与从O点衍射出的衍射线和试样表面的夹角必点衍射出的衍射线和试样表面的夹角必定相等。因此，定相等。因此，a，o，f三点也必定在一个圆上，这三点也必定在一个圆上，这个圆称为个圆称为
12、聚焦圆聚焦圆。如图如图,入射线焦点入射线焦点F与试样与试样S间距离不变间距离不变,即即FS不变不变;衍射线聚焦点衍射线聚焦点G与试样与试样S间距离随间距离随2衍射角不衍射角不同而改同而改变变,即即GS方向改方向改变变,大小可能改大小可能改变变.为为使使这这种种扫扫描描记录记录便于便于实现实现,让让探探测测器器G与与试试样样S间间距离保持不距离保持不变变,并等于光源并等于光源F至至试样试样S的的距离距离.这样这样,当当试样试样和探和探测测器以器以1:2角速度角速度联动时联动时,光光源源F、试样试样S和探和探测测器器G始始终处终处在由在由FSG组组成成的聚焦的聚焦圆圆上。而上。而F和和G还还在以在
13、以试样试样S为圆为圆心的心的衍射衍射仪圆仪圆周上。周上。入射线与试样表面夹角入射线与试样表面夹角不同，聚焦圆的不同，聚焦圆的半径也不同。当夹角半径也不同。当夹角2小时，聚焦圆的半小时，聚焦圆的半径径R大；而夹角大；而夹角2大时，聚焦圆半径大时，聚焦圆半径R小。小。2=0时时,R=;2=180时时,R最小最小如图如图1.几何关系X射射线线管的焦点管的焦点F,计计数管数管的接收狭的接收狭缝缝G和和试样试样表表面位于同一个聚焦园上面位于同一个聚焦园上,因此可以使由因此可以使由F点射出的点射出的发发散束散束经试样经试样衍射后的衍射后的衍射束在衍射束在G点聚焦点聚焦.也即除也即除X射射线线管焦点管焦点F
14、外外,聚焦聚焦圆圆与与测测角角仪圆仪圆只能只能有一点相交有一点相交.无无论论衍射条件如何改衍射条件如何改变变,在一定条件下在一定条件下,只能有一只能有一条衍射条衍射线线在在测测角角仪圆仪圆上上聚焦聚焦.因此因此,沿沿测测角角仪圆仪圆移移动动的的计计数器只能逐个地数器只能逐个地对对衍衍射射线进线进行行测测量量.图图5-测角仪的衍射几何测角仪的衍射几何从光源从光源F发出的一束发散发出的一束发散X射线照到试样表面射线照到试样表面后，由于多晶试样晶粒取向的任意性，由后，由于多晶试样晶粒取向的任意性，由M、O和和N三点发出的同一三点发出的同一HKL衍射线的掠射角衍射线的掠射角都相同，都相同，SMF=SO
15、F=SNF衍射线必然聚焦于衍射线必然聚焦于S处，处，设衍射仪圆半径设衍射仪圆半径R，聚焦，聚焦圆半径圆半径l，则，则为了在探测各射线时都严格聚焦，试样的曲为了在探测各射线时都严格聚焦，试样的曲率半径要始终等于变化中的率半径要始终等于变化中的l，这在实验中难，这在实验中难于实现。于实现。因此用平板试样，使当聚焦圆半径因此用平板试样，使当聚焦圆半径l比试术被比试术被照面积大得多时，使试样表面始终保持与聚照面积大得多时，使试样表面始终保持与聚焦圆相切，即聚焦圆圆心永远位于试样表面焦圆相切，即聚焦圆圆心永远位于试样表面的法线上。的法线上。为使计数器永远处于试样表面（即与试样表为使计数器永远处于试样表面
16、（即与试样表面平等的面平等的HKL衍射面）的衍射方向，必须让衍射面）的衍射方向，必须让试样表面与计数器同时绕测角仪中心轴同一试样表面与计数器同时绕测角仪中心轴同一方向以方向以1：2的角速度联动，即当试样表面与的角速度联动，即当试样表面与射线成射线成角角时时，计计数器正好数器正好处处在在2角的方位。角的方位。测角仪的衍射几何标准的聚焦方法应满足测角仪的衍射几何标准的聚焦方法应满足下列两个条件：下列两个条件：X射线源射线源F至测角仪中至测角仪中心轴心轴O(试样表面试样表面)之间之间的距离等于测角仪中心的距离等于测角仪中心轴轴O至接收狭缝至接收狭缝G之间之间的距离；的距离；粉末试样表面处在与粉末试样
17、表面处在与聚焦圆相切的位置上。聚焦圆相切的位置上。为了保证试样表面始终为了保证试样表面始终与聚焦圆相切，必须使与聚焦圆相切，必须使计数管和试样表面同时计数管和试样表面同时绕测角仪中心轴转动，绕测角仪中心轴转动，其角速度比为其角速度比为21。图图5-测角仪的聚焦几何测角仪的聚焦几何1-测角仪圆；测角仪圆；2-聚焦圆聚焦圆衍射仪记录的始终是平行于试样表面的晶面的衍射；不平行于表面的一些晶面也参与衍射，但无法记录下来。2.测角仪结构配置可实现的两个重要作用测角仪结构配置可实现的两个重要作用试样转动试样转动1度度时时，（，（计计数器数器转动转动21）即入射）即入射线线与与试试样样表面表面夹夹角角1时时
18、，试样试样中某一粉未的（中某一粉未的（H1K1L1）（面（面间间距距d1在在试样表面，且试样表面，且2d1sin 1=此此时时，（，（）产产生衍射必定衍射生衍射必定衍射线线与与试试样样表面的表面的夹夹角角1，衍射，衍射线线也必定射入到也必定射入到计计数管内数管内其它衍射面因其不与其它衍射面因其不与试样试样表面平行，衍射角不是表面平行，衍射角不是1，所以衍射，所以衍射线线不能不能进进入入计计数管中数管中同理，同理，试样转试样转到到时时，计计数管只数管只记录记录平行于平行于试样试样表表面的（面的（）衍射面的衍射）衍射面的衍射线线可实现衍射线的“聚焦”如图，入射线以角点，平行于试样表面的（）产生衍射
19、线，如入射线有一定的水平发散度，入射线发散角与试样表面成，点处的（）面仍以角衍射，衍射线，与试样表面夹角，与交于，由图可见，越小，越接近，同理可证，衍射线与交于，且越小，越接近于，只要衍射线的发散角（）不很大，试样被照面积较小，聚焦圆半径较大时，可认为，从一点发散射出的入射线衍射后，其衍射线又“聚焦”于一点，当然严格聚焦是试样表面为曲面，其曲率半径为聚焦圆半径测角仪的聚焦作用测角仪的聚焦作用AOCs+FBBDD图5-X射线衍射谱晶体单色器：另一种常用的滤波装置晶体单色器：另一种常用的滤波装置图图5-聚焦晶体单色器聚焦晶体单色器图图5-晶体单色器与衍射仪联晶体单色器与衍射仪联用示意图用示意图晶体
20、单色器既能消除晶体单色器既能消除辐射，又能辐射，又能消除由连续射线和荧光射线产消除由连续射线和荧光射线产生的背底但不能消除生的背底但不能消除辐射辐射辐射探测器：用来探测辐射探测器：用来探测X射线的强弱射线的强弱和有无。和有无。种类种类：充气管：盖革探测器、：充气管：盖革探测器、正比探测器正比探测器 固体管：固体管：闪烁探测器闪烁探测器、锂漂移硅半、锂漂移硅半 导体探测器、位敏探测器。导体探测器、位敏探测器。作用作用：测量衍射线强度，以进行相分析、织构分：测量衍射线强度，以进行相分析、织构分 析、原子坐标测定等。析、原子坐标测定等。主要功能主要功能：接收衍射线、将：接收衍射线、将X射线光子能量转
21、变射线光子能量转变 成电脉冲信号。成电脉冲信号。且且 脉冲数脉冲数/秒秒=进入光子数进入光子数/秒秒一一.正比计数管正比计数管结构（结构（如图所示如图所示）：）：工作原理（工作原理（雪崩效应雪崩效应）：）：正比管的脉冲特性正比管的脉冲特性：计数损耗计数损耗：图图5-正比或盖革计数器简图正比或盖革计数器简图(铍箔)(钨丝)1大气压大气压(90%氩氯氩氯+10%甲烷甲烷)混合气体混合气体自窗口射入的X射线能量一部分通过，而大部分能量被气体吸收其结果使圆筒中的气体产生电离。在电场的作用下，电子向阳极丝运动，而带正电的离子则向阴极圆筒运动。因为这时电场强度很高，可使原来电离时所产生的电子在向阳极丝运动
22、的过程中得到加速。当这些电子再与气体分子碰撞时，将引起进一步的电离，如此反复不已。这样，吸收一个x射线光子所能电离的原子数要比电离室多103105倍。这种现象称为气体放大作用，其结果即产生所谓“雪崩效应”。每个x射线光子进入计数管产生一次电子雪崩，于是就有大量的电子涌到阳极丝，从而在外电路中产生一个易于探测的电流脉冲。正比管的脉冲特性在计数管的工作电压一定时，正比计数管所产生的电脉冲值与被吸收的光子能量呈正比。例如，吸收一个Cuk光子产生一个1.0mV的电压脉冲；吸收一个Mok光子产生一个2.2mV的电压脉冲。所以，这种计数器被称为正比计数器。在原子雪崩式电离时，电子可以很快全部到达阳极。但是
23、，质量很大的正离子到达阴极的速度是比较慢的。在正离子没有全部到达阴极之前，新入射的X射线不可能引起新的原子雪崩电离，此时称为计数管堵塞。由于入射X射线光量子的射入时间间隔是无规律的，如每两个光量子射入的时间间隔大于或等于计数管的堵塞时间，则每秒可接收的光量子数等于输入的光量子数。如其中部分射入的时间间隔小于计数管的堵塞时间，则这部分光量子不能引起新的电压脉冲信号，这些光量子就被“漏掉”了，这种现象称计数损耗。脉冲速率与计数损失关系曲线脉冲速率与计数损失关系曲线二二.闪烁计数器闪烁计数器闪烁计数器是利用闪烁计数器是利用X射线作用在某些射线作用在某些固体物质上会产生可见荧光，其强度固体物质上会产生
24、可见荧光，其强度与与X射线的强度成正比这一物理现象射线的强度成正比这一物理现象探测探测X射线的。射线的。结构（结构（如图所示如图所示）：）：工作原理工作原理：闪烁计数器示意图闪烁计数器示意图当晶体中吸收一个X射线光子时，便在晶体上产生一个闪光。这个闪光射入光电倍增管的光敏阴极上激发出许多电子（如图所示）。在光电倍增管内装有好多个加速电子的联极。从第一个联极向后，每个联极递增100伏的正电压，最后一个联极接到测量线路上去。从光敏阴极激发出来的电子，立即被吸往一个联极，任何一个电子撞到联极上时，都从联极表面激出几个电子，从第一个联极出来的电子又被吸引到第二个联极，于是每个电子又从第二个联极表面激出
25、几个电子，依此类推。当联极的递增电压为100伏时，每个电子从联极表面可激出45个电子。光电倍增管中通常至少有10个联极。因此，一个电子可倍增到106107个电子。这样，当晶体吸收一个X射线光子时，便可在最后一个联极上收集到数目巨大的电子，从而产生一个象盖革计数器那样的脉冲。闪烁计数器优缺点由于闪烁晶体能吸收所有的入射光由于闪烁晶体能吸收所有的入射光子，在整个射线波长范围，其吸子，在整个射线波长范围，其吸收效率都接近，收效率都接近，其缺点是本底脉冲过高即使在没其缺点是本底脉冲过高即使在没有射线入射时，依然会产生有射线入射时，依然会产生“无无照明电流照明电流”的脉冲的脉冲主要测量电路主要测量电路将
26、计数器输出的电脉冲信号转变成为将计数器输出的电脉冲信号转变成为操作者能直接读取或记录的数值。完操作者能直接读取或记录的数值。完成此信息转换所需要的电子学电路，成此信息转换所需要的电子学电路，即即计数测量电路计数测量电路。作用作用：保证探测器处于最佳工作状保证探测器处于最佳工作状态态 放大信息放大信息 计数测量计数测量主要部分主要部分（如图如图）：）：辐射测量的电子电路示意图辐射测量的电子电路示意图线性脉冲放大器线性脉冲放大器脉冲高度分析器脉冲高度分析器定标器和计数率器定标器和计数率器能线性的放大输入的脉冲幅度由线性放大器、上限甄别器、下限甄别器、由线性放大器、上限甄别器、下限甄别器、反符合电路
27、组成反符合电路组成(如图如图)。作用作用：识别不同高度脉冲，去除：识别不同高度脉冲，去除K、连、连续谱、荧光谱产生的脉冲，使衍射信号续谱、荧光谱产生的脉冲，使衍射信号净化，得到纯净的净化，得到纯净的K脉冲，降低背底和脉冲，降低背底和提高峰背比，以提高灵敏度、精确度。提高峰背比，以提高灵敏度、精确度。原理：原理：利用计数器产生的脉冲高度利用计数器产生的脉冲高度H与与X射线光子能量射线光子能量h呈正比的原理来辨别脉呈正比的原理来辨别脉冲高度冲高度,利用电子学电路方法剔除那些对利用电子学电路方法剔除那些对衍射分析不需要的干扰脉冲衍射分析不需要的干扰脉冲,由此可达到由此可达到降低背底和提高峰背比的作用
28、降低背底和提高峰背比的作用.脉冲高度分析器方框图脉冲高度分析器方框图线性放大器下限甄别电路V1上限甄别电路V2反符合电路接计数电路微分法积分法dcEH微分微分只允许那些满足所选定道宽的只允许那些满足所选定道宽的脉冲通过。脉冲通过。积分积分允许所有大于下鄄别限的脉冲允许所有大于下鄄别限的脉冲通过。通过。定标器定标器用用定标器定标器测量平均脉冲速率有两种方测量平均脉冲速率有两种方法：法：（1）定时计数法）定时计数法 （2）定数计时法）定数计时法 用定标器对脉冲进行计数是间歇用定标器对脉冲进行计数是间歇式的，这种计数方法比较精确。式的，这种计数方法比较精确。计数率计计数率计计数率器不是单独的计数和计
29、时间，而是计数率器不是单独的计数和计时间，而是计数和计时的组合，是一种能够连续测量计数和计时的组合，是一种能够连续测量平均脉冲计数速率的装置。平均脉冲计数速率的装置。计数率计的测量电路计数率计的测量电路把（把（RC）的乘）的乘积称为积分电积称为积分电路（或计数率路（或计数率计）的计）的时间常时间常数数。计数测量方法和实验参数的选择计数测量方法和实验参数的选择计数测量方法计数测量方法 连续扫描连续扫描 步进扫描步进扫描实验参数的选择实验参数的选择数据的初步处理数据的初步处理连续扫描这种测量方法是将计数器与计数率计连接，让测角仪的/2角以12的角速度联合驱动，在选定2角范围，以一定的扫描速度扫测各
30、衍射角对应的衍射强度，测量结果自动地存入计算机，然后可在打印机终端上输出测量结果。优点：扫描速度快，工作效率高。缺点：线形、峰位不如步进扫描精确，且其测量精度受扫描速度和时间常数的影响。用途：物相定性分析、择优取向测定、形变回复的研究。连续扫描测量的石英粉衍射花样连续扫描测量的石英粉衍射花样步进扫描这种测量方法是将计数器与定标器连接，首先让计数器停在要测量的起始2角位置，按定时器设定的计数时间测量脉冲数，将所测得的脉冲数除以计数时间每前进一步都重复一次上述的测量，给出各步2角对应的衍射强度。测量数据自动存入计算机，然后在打印机上输出测量结果步进扫描每步停留的测量时间较长，测量的总脉冲数较大，从
31、而可减小脉冲统计波动的影响。步进扫描不使用计数率计，没有滞后效应。测量精度高，能给出精确的衍射峰位、衍射线形、积分强度和积分宽度等衍射信息，适合作各种定量分析。确定要分析的衍射峰峰位,及其2角范围.初扫,得I2 的衍射曲线.步进扫第四峰:角度范围2 12 2;设定步宽,如0.04;设定步进时间t,如t=10扫描过程:优点:缺点：效率低用途：a)让计数器停在21位置,按设定的计数时间t(10秒)测量脉冲数M1,将M1/t=2 1角对应的衍射强度b)让计数器前进0.04,测出t时间的脉冲数M2,M2/t=2 1+0.04角对应的衍射强度;c)重复测量,得到各步2 角对应的衍射强度d)存入计算机,输
32、出.相对标准误差%=,M大,%小；没有滞后效应精确。即a)线形精确。可用于晶块大小、晶格畸变的测量；b)峰位精确。可用于点阵参数精确测定，2精确。能给出精确的衍射峰位、衍射线形、积分强度和积分宽度等衍射信息，常用作点阵参数精确测定、应力测定、晶块大小测定、定量物相分析。要提高测量精度，可延长步进时间，以克服脉冲数的统计起伏，并且，衍射线越弱，脉冲数M越小，则停留时间越长。要得到准确线形，则使接收光阑尽量小，时间常数小，以提高分辨本领和灵敏度。阶梯扫描测得的强度分布曲线阶梯扫描测得的强度分布曲线实验参数的选择实验参数的选择狭缝光阑的选择狭缝光阑的选择时间常数的选择时间常数的选择扫描速度的选择扫描
33、速度的选择发散狭缝光阑：用来限制入射线在测角仪平面方向上的发散度，同时也决定入射线的投射面积不超出试样的工作表面。光阑尺寸不变的情况下，2角愈小入射线对试样的照射宽度愈大，所以发散狭缝的宽度应以测量范围内2角最小的衍射峰为依据选定。接收狭缝光阑：接收狭缝的宽度对衍射峰的强度，峰背比和分辨率都有明显的影响。增大接收狭缝，可以增加衍射强度，但同时也降低峰背比和分辨率，一般情况下，只要衍射强度足够时，应尽可能地选用较小的接收狭缝。防寄生散射光阑：对衍射线本身没有影响，只影响峰背比。一般选用与发散狭缝相同的光阑。狭缝光阑的选择(如图)时间常数对石英衍射线形的影响时间常数对石英衍射线形的影响如图，如图，
34、A为中等时间常数在峰顶停留为中等时间常数在峰顶停留3分钟，分钟，B、C和和D为扫描速度一定（为扫描速度一定（2/min）的情况下，时间常）的情况下，时间常数分别为小、中、大三种情况的记录。数分别为小、中、大三种情况的记录。时间常数的增大导致衍射线的峰高下降，线形不对时间常数的增大导致衍射线的峰高下降，线形不对称，峰顶向扫描方向移动。称，峰顶向扫描方向移动。为提高测量的精确度，一般选用尽可能小的时间常为提高测量的精确度，一般选用尽可能小的时间常数。数。扫描速度对石英衍射线形的影响扫描速度对石英衍射线形的影响如图，随扫描速度的加快，同样导致峰高下降，线如图，随扫描速度的加快，同样导致峰高下降，线形
35、畸变，峰顶向扫描方向移动。形畸变，峰顶向扫描方向移动。为提高测量精确度，选用尽可能小的扫描速度。为提高测量精确度，选用尽可能小的扫描速度。数据的初步处理数据的初步处理测量误差：直接从衍射仪得到的数测量误差：直接从衍射仪得到的数据，是对应一系列据，是对应一系列2 2角的角的X X射线的射线的强度数据，其测量值的主要误差有：强度数据，其测量值的主要误差有：有了原始的有了原始的2 2II强度数据后，还须强度数据后，还须进行下列初步处理进行下列初步处理测量值的主要误差测量值的主要误差由于样品中晶粒取向的机遇性造成由于样品中晶粒取向的机遇性造成的误差，具有统计性；的误差，具有统计性；由样品中可能存在一定
36、的择优取向，由样品中可能存在一定的择优取向，影响相对强度的测量；影响相对强度的测量；由于强度测量系统的计数损失（漏由于强度测量系统的计数损失（漏计）造成的系统误差；计）造成的系统误差；由于量子计数的自然起伏造成的计由于量子计数的自然起伏造成的计数统计误差。数统计误差。（其中前三项在原始数据中不易直接（其中前三项在原始数据中不易直接察觉）察觉）数据处理数据处理图谱的平滑图谱的平滑背底的扣除和弱峰的辨认背底的扣除和弱峰的辨认衍射峰位的确定衍射峰位的确定衍射数据采集和数据处理的自衍射数据采集和数据处理的自动化动化衍射花样的指数化衍射花样的指数化就是确定每个衍射圆环所对应的干涉指数HKL，这是测定晶体
37、结构的重要程序之一。各晶系的指数化方法各不相同。在金属及其合金的研究中经常遇到的是立方、六方和正方晶系的衍射花样。立方晶系衍射花样的指数化立方晶系衍射花样的指数化立方晶系面间距公式立方晶系面间距公式：将将dHKL的表达式代入布拉格方程得：的表达式代入布拉格方程得：或式中（式中（H2+K2+L2）为整数，令（）为整数，令（H2+K2+L2）=N在同一衍射花样中，各衍射线条的在同一衍射花样中，各衍射线条的sin2顺序比为：顺序比为：Sin21 sin22 sin23 =N1 N2 N3 根据衍射图中每一衍射线条的根据衍射图中每一衍射线条的sin2值，找出其最值，找出其最简单整数比的关系就可以将每条
38、衍射线指数化。简单整数比的关系就可以将每条衍射线指数化。在立方晶系中，由于晶体结构的不同、存在不同在立方晶系中，由于晶体结构的不同、存在不同的系统消光条件。立方晶系中各种晶体结构类型的系统消光条件。立方晶系中各种晶体结构类型衍射线条出现的顺序如图所示。将其中前衍射线条出现的顺序如图所示。将其中前10条衍条衍射线的干涉指数、干涉指数的平方和以及干涉指射线的干涉指数、干涉指数的平方和以及干涉指数平方和的顺序比列于数平方和的顺序比列于表表6-1。图立方晶系衍射花样示意图 10 12 14 17 19 21 23 简单立方体心立方面心立方金刚石结构表表6-1 衍射线的干涉指数衍射线的干涉指数不同的点阵
39、类型，有不同的整数比数列。不同的点阵类型，有不同的整数比数列。衍射线的顺序号简单立方体心立方面心立方金刚石立方HKLMM/MIHKLMM/MIHKLMM/MIHKLMM/MI110011110211113132110222004220041.8311133211632208311114200442208431111400165210553101052221233119621166222126400164222472208832114733119333，511278300，22199400168420204403293101010411，33018942224531351031111114202
40、010333，51127620401.点阵常数计算点阵常数计算由布拉格方程得：由布拉格方程得：2.简单立方与体心立方衍射谱的判别简单立方与体心立方衍射谱的判别衍射谱中，前六条衍射线的衍射谱中，前六条衍射线的Ni/N1顺序比相同，而第七条不同。顺序比相同，而第七条不同。简单立方中，简单立方中，Ni/N1顺序比中不可能有顺序比中不可能有7、15、23等数值等数值 体心立方中，体心立方中，Ni/N1顺序比中能出现顺序比中能出现7、15、23等数值等数值衍射线强度不同衍射线强度不同 简单立方：第二条衍射线强度比第一条强简单立方：第二条衍射线强度比第一条强 体心立方：第一条衍射线强度比第二条强体心立方：
41、第一条衍射线强度比第二条强如：如：W粉的粉的X射线衍射，采用射线衍射，采用Cu靶，靶，=1.54178,a=3.1648A标出指数，确定点阵类型，计算点阵参数标出指数，确定点阵类型，计算点阵参数测得测得值（度）：值（度）：20.5 29.75 37.25 43.5 50 57.25 65.25 77如：铝粉的如：铝粉的X射线衍射，采用铬射线衍射，采用铬K、K辐射，辐射，=2.29092A,=2.0848A标出指数，确定点阵类型，计算点阵参数标出指数，确定点阵类型，计算点阵参数测得测得值（度）：值（度）：26.75 29.75 31.5 35 45 52.75 58.5 63 69.75 69.75 78.5识别识别K、K线条的线条的依据依据：同一族平面同一族平面d 相同相同 相同，同一倒易球相同，同一倒易球，I=5I 常数常数正方和六立晶系衍射花样的指数化正方和六立晶系衍射花样的指数化在进行衍射花样指数化时，未知的结构在进行衍射花样指数化时，未知的结构参数愈多，就愈复杂。立方晶系只有一参数愈多，就愈复杂。立方晶系只有一个未知参量个未知参量a，而六方和正方晶都有两个，而六方和正方晶都有两个未知参量，因此，它们的指数化较之立未知参量，因此，它们的指数化较之立方晶系要复杂得多。一般以图解法更为方晶系要复杂得多。一般以图解法更为方便。方便。