X射线分析第四章—应用(OK)解读课件.ppt

1、物相分析物相分析 定性分析定性分析定量分析定量分析单一物相的鉴定或验证单一物相的鉴定或验证混合物相的鉴定混合物相的鉴定点阵常数测定：点阵常数测定：晶胞参数晶胞参数晶体定向晶体定向晶粒度测定：晶粒度测定：根据布氏方程、根据布氏方程、ad关系关系应力分析应力分析单晶取向单晶取向多晶织构测定多晶织构测定宏观应力：宏观应力：应力区大均匀，产生均匀应变，晶面应力区大均匀，产生均匀应变，晶面 间距变化相同，衍射线移位间距变化相同，衍射线移位微观应力：微观应力：应力区小，不均匀，晶面间距变化应力区小，不均匀，晶面间距变化 不同，散射分散，衍射线宽化不同，散射分散，衍射线宽化：确定某相的体积或质量分数确定某相

2、的体积或质量分数 单晶衍单晶衍 射方法射方法周转晶体法：周转晶体法：劳埃法劳埃法（用连续（用连续X射线照射静止单晶体样品，用平射线照射静止单晶体样品，用平板底片记录衍射线板底片记录衍射线衍射花样：若干劳埃斑，每个斑相应一组晶面）衍射花样：若干劳埃斑，每个斑相应一组晶面）不受样品厚度和吸不受样品厚度和吸收影响，常用收影响，常用透射劳埃法透射劳埃法（薄件）（薄件）背射劳埃法背射劳埃法以单色以单色X射线照射转动单晶，用与射线照射转动单晶，用与样品同轴圆柱形底片记录衍射线样品同轴圆柱形底片记录衍射线花样：花样：分立衍射斑，准确测定分立衍射斑，准确测定衍射方向强度衍射方向强度（少用）（少用）德拜德拜谢勒

3、法谢勒法从低角区扫描到从低角区扫描到1000，一般为，一般为20900。S S、F F入射入射线的焦点和衍射线的线的焦点和衍射线的焦点。焦点。A A、B B为狭缝，使为狭缝，使X X射线成射线成平行光束。平行光束。K K刻度盘。刻度盘。G G计数计数器，其转动速率为：器，其转动速率为：0.1250.1250 0与样品台以与样品台以2 2- -连动。连动。衍衍射射仪仪法法 测角仪衍射几何原理：测角仪衍射几何原理：在在X射线衍射仪中，由于入射射线衍射仪中，由于入射线非完全平行，因此，同线非完全平行，因此，同时衍射晶面并不平行试样表面。而是在与入射点（狭缝）时衍射晶面并不平行试样表面。而是在与入射点

4、（狭缝）S、接收点、接收点 F构成的周角为构成的周角为-2-2的圆周上，这个的圆周上，这个圆圆聚聚焦圆。焦圆。反射本领强大块单晶体 K布拉格反射 晶体的晶体的X射线衍射图像本质是晶体微观结构的一种射线衍射图像本质是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体结构与其精细复杂的变换，每种晶体结构与其X射线衍射图间一一射线衍射图间一一对应，其特征对应，其特征X射线衍射图谱不因它种物质的混聚而变化。射线衍射图谱不因它种物质的混聚而变化。“粉末衍射标准粉末衍射标准联合会联合会”编辑出版编辑出版（卡片编号：（卡片编号：13集集372号卡片）号卡片） 2900三强峰及最大三强峰及最大d值、相对强度值、相对强

5、度 （化学式化学式） 矿物名称矿物名称 Dir.相机直径、相机直径、滤波片、校正、滤波片、校正、参考资料参考资料 衍射条件：波长衍射条件：波长晶系、晶胞参数、晶系、晶胞参数、原子数、参考资料原子数、参考资料 物理性质：折射率、物理性质：折射率、密度、熔点密度、熔点 衍射数据衍射数据 化学式化学式卡片编号卡片编号参比强度值：被测相与参比强度值：被测相与A12O3，1：1重量比，被测相最强相峰高与刚重量比，被测相最强相峰高与刚玉最强线玉最强线(113)峰高比峰高比降序排列降序排列8强线晶面间距强线晶面间距/相对强度相对强度最强线最强线1982年版作了改进，规则见常铁军年版作了改进，规则见常铁军材料

6、现代研究方法材料现代研究方法u以物相英文名称字母顺序排列。每相一个条目，占一行。以物相英文名称字母顺序排列。每相一个条目，占一行。物相名称物相名称卡片编号卡片编号化学式化学式参比强度参比强度三强线三强线d值与相对强度值与相对强度最好透射聚焦照相法和衍射仪法）；最好透射聚焦照相法和衍射仪法）；计算计算d值，测定相对强度值，测定相对强度I/I1 (I1最强线强度最强线强度)，290o为主为主 要要依据，依据，2、d 给出给出0.010和和0.001位有效数字。位有效数字。3）检索）检索PDF卡片：根据三强线卡片：根据三强线d值（考虑误差）在值（考虑误差）在PDF卡片索卡片索引中查对应条目，核对八强

7、线引中查对应条目，核对八强线d、I/I1，基本符合。根据卡片，基本符合。根据卡片编号取出编号取出PDF卡片，核对其余卡片，核对其余d、I/I1，检索，检索PDF卡片可人工卡片可人工或计算机自动检索。（应提供多个的候选卡片）或计算机自动检索。（应提供多个的候选卡片）依相关资料和实践经验最后判定依相关资料和实践经验最后判定甚至无甚至无法确定法确定6）对于复合相有时难以查出，以至于没有现成标准数）对于复合相有时难以查出，以至于没有现成标准数据，要结合能谱分析、透射分析据，要结合能谱分析、透射分析第第 J 相相 某衍射线强度：某衍射线强度：用体积分数表示：用体积分数表示：lJJJVKI用质量分数表示：

8、用质量分数表示：JmJnJJJJJWWKI1)/()(aaaaaaaWWKI两相：两相： 纯净物纯净物W=1aaaKI0)()(0aaaaaaaaWWII0aaaIIW 0几种两相混合物的定标曲线几种两相混合物的定标曲线混合物中石英与纯净石英衍射强度比混合物中石英与纯净石英衍射强度比Ws、 W标准物质、待测相质量比标准物质、待测相质量比aaSSSSWWWKII1aSaWIIWs 一定时，一定时，Ws:W= 1:1W （Ws已已知），再由（知），再由（2）式）式SSSMWMWDDSSSVVDDII），W已知，已知，求出求出WSSWWKIISWWW12112111IIKKWSSSSSWWKIISS

9、SWWKII111SSSWWKII222212121WWKKIISSW1+W2= 1jjjfCI fCfCIICICICIf)()(222222MMevPFevPFCC1ff222221aLKHd222sin2lkha 由由 Bugger 方程及上述公式得：方程及上述公式得：例：求例：求Al的晶胞参数。的晶胞参数。 用用Cu(K 1) 射线（射线（ =1.5405埃埃 ）照射样品，选取）照射样品，选取 = 81.17 的衍射线的衍射线(3 3 3)。 o222222A0490. 43337181sin25405. 1sin2lkha衍射晶体面和衍射晶体面和d是多少？是多少？sinddaa多数误

10、差在多数误差在 90 时，减小或趋于零时，减小或趋于零tancotsin)sinsin(cos222FEDCBAddaaa0aaa0aaa0aaa022,cosctg2cosa22sinsin)(KXXRRSSdd2cosKddaaaaa0aaa0aaa0aaa022222222)()(sin2)/()(sin2LKHcacacLKHa)cossincos(21)(22f1. 固溶体的类型与组分测量固溶体的类型与组分测量不同类型固溶体不同类型固溶体, 点阵参数随溶质原子浓度变化规律点阵参数随溶质原子浓度变化规律不同不同, 由此确定固溶体类型。由此确定固溶体类型。 氢、氧、氮、碳、硼等原子尺寸较

11、小，溶解于溶氢、氧、氮、碳、硼等原子尺寸较小，溶解于溶剂金属中时，将使基体的点阵参数增大。剂金属中时，将使基体的点阵参数增大。 大多数固溶体，点阵参数随溶质原子浓度呈近似线性大多数固溶体，点阵参数随溶质原子浓度呈近似线性关系，服从费伽关系，服从费伽(Vegard)定律：定律：%100ABAxaaaax一般固溶体点阵参数随溶质原子浓度间呈非线性关系，此一般固溶体点阵参数随溶质原子浓度间呈非线性关系，此时先测点阵参数与溶质原子浓度关系曲线。再将精确测得时先测点阵参数与溶质原子浓度关系曲线。再将精确测得的点阵参数与的点阵参数与曲线曲线比较，求得固溶体的组分。比较，求得固溶体的组分。aA、aB组元组元

12、A和和B点陈参数；点陈参数；ax ：含量为：含量为X的的B原子固溶体的点阵参数原子固溶体的点阵参数2. 钢中马氏体和奥氏体的含碳量钢中马氏体和奥氏体的含碳量分析时，先算出对应不同含碳量的点阵参数分析时，先算出对应不同含碳量的点阵参数c/a以及各晶面以及各晶面面间距，将实验测得数值与计算值对比即可确定。或精确测面间距，将实验测得数值与计算值对比即可确定。或精确测出出a、c，由上式求马氏体含碳量。，由上式求马氏体含碳量。马氏体的点阵参数马氏体的点阵参数a和和c与含碳量呈直线性关系：与含碳量呈直线性关系： a=2.866 - 0.013x（埃）埃） c= 2.866 + 0.116x （埃）（埃）2

13、.866 埃埃纯纯 铁的点阵参数铁的点阵参数a ；X马氏体中含碳重量百分数。马氏体中含碳重量百分数。 淬火高碳钢中常有奥氏体（面心立方）。奥氏体的点淬火高碳钢中常有奥氏体（面心立方）。奥氏体的点阵参数阵参数a与含碳量。呈直线性关系：与含碳量。呈直线性关系： a=3.571+0.044x（埃）（埃） 3.571：常温时奥氏体点阵参数：常温时奥氏体点阵参数钢中含碳量低时，衍射线的宽化；当含碳量高于钢中含碳量低时，衍射线的宽化；当含碳量高于0.6%时，时，原铁素体衍射线将分裂为两条（原铁素体衍射线将分裂为两条（101011-110线对）；或三线对）；或三条线（条线（310103，013；301，03

14、1；310，130）。）。3. 外延层和表面膜厚度的测定外延层和表面膜厚度的测定利用试样偏心原理利用试样偏心原理)2(cos2Rs 外延层的存在使外延层的存在使衬衬底位置偏离测角台中心轴一个距底位置偏离测角台中心轴一个距离，其值等于外延层厚度：离，其值等于外延层厚度：精确测出有外延层与无外延层的衬底某高角衍射线峰位精确测出有外延层与无外延层的衬底某高角衍射线峰位差差2，即可算出层厚或膜厚，即可算出层厚或膜厚s温度一定时，温度一定时，单相区点阵参数随成分变化显著（一般线单相区点阵参数随成分变化显著（一般线性变化），性变化），双相区某相点阵参数不随合金成分变化（始终双相区某相点阵参数不随合金成分变

15、化（始终为该温度下，该相饱和成分时的点阵参数）；为该温度下，该相饱和成分时的点阵参数）；温度变化时，单相区点阵参数温度变化时，单相区点阵参数随温度的变化甚微，双相随温度的变化甚微，双相区某相的点阵参数随温度而变化（因为溶解度随温度变区某相的点阵参数随温度而变化（因为溶解度随温度变化）。化）。 4. 相图的测定相图的测定用点阵参数法测定相图相界原理用点阵参数法测定相图相界原理:随合金成分的变化，物相点阵参数在相界处不连续。随合金成分的变化，物相点阵参数在相界处不连续。上述两种情况下，不同成分区域，或不同温度区域，上述两种情况下，不同成分区域，或不同温度区域，点阵点阵参数参数成分、成分、点阵参数点

16、阵参数温度关系曲线的交点即为相界温度关系曲线的交点即为相界 如果不能用淬火办法保持高温下的相结构，则可如果不能用淬火办法保持高温下的相结构，则可用高温衍射的办法测定。用高温衍射的办法测定。测定合金相图方法：测定合金相图方法： 先配制不同成分的合金系列，经均匀化处理后，先配制不同成分的合金系列，经均匀化处理后，研制成约研制成约5微米大小的粉末；微米大小的粉末； 在不同温度下等温，淬火保持高温下的相结构，在不同温度下等温，淬火保持高温下的相结构，制成制成X射线衍射试样；射线衍射试样； 在常温下进行精密测量点阵参数和物相鉴定。在常温下进行精密测量点阵参数和物相鉴定。正方马氏体四对衍射峰的多重性因数正

17、方马氏体四对衍射峰的多重性因数正方马氏体正方马氏体110110衍射面衍射面衍射峰的变化衍射峰的变化(含碳量由含碳量由 0%到到1.6%峰向低角区移动峰向低角区移动, 甚至出现分离甚至出现分离) c = a0 +p , a = a0 - p , c/ a = 1 +p正方马氏体正方马氏体 ：a 用用110110面面衍射峰、衍射峰、 b 用用002002面面衍射峰衍射峰(含碳量由大于含碳量由大于0.2%以上）以上）p 为含碳量为含碳量a0 为纯铁为纯铁相的点阵常数相的点阵常数= 0. 116 0. 002 , = 0. 013 0. 002 , =0.01046 010014.5 宏观应力的测定宏

18、观应力的测定1.1.无需破坏工件；无需破坏工件；2. X射线测定的应变是弹性应变；射线测定的应变是弹性应变；3. 测定较小区域的应力测定较小区域的应力;4.5.1 用用X射线测定宏观应力的特点：射线测定宏观应力的特点：用X射线测定材料宏观应力在工程上应用非常广泛4.5 宏观应力的测定宏观应力的测定1 1）虎克定律给出了应变与应力的）虎克定律给出了应变与应力的关系；关系；dd2 2）4.5.2 用用X射线测定宏观应力的原理射线测定宏观应力的原理dd可用可用X X射线测定射线测定3 3）故用故用X射线可测定宏观应力。射线可测定宏观应力。xx) 3 (cotdd（无应变）取0）（4cot0 x）（1

19、)(sin1212EExx由虎克定律：由虎克定律： )2(1sin2xxE对对sinsin2 2的微分的微分由布拉格方程对由布拉格方程对的微分得的微分得: : 180)1 (2Ex20sin2cot)(sin22为应力常数KKx为随应力大小可通过应力大小可通过2随随sin2的变化率测出的变化率测出 X2-0 xd)(sin22为应力常数KKx1) 选不同入射角选不同入射角0 (=00，150，300，450)，照射，测出对应各照射，测出对应各；4.5.3 实验方法实验方法0试样平面法向与入射线的夹角试样平面法向与入射线的夹角试样平面法向与晶面法向夹角试样平面法向与晶面法向夹角1 sin2法法)

20、2(02) 求出对应各求出对应各：3) 作出4) 求出2-sin2的斜率的斜率, 代入上式即可代入上式即可 当晶粒较细，应力不太大时，当晶粒较细，应力不太大时， 2-sin2为直线，只测为直线，只测0 =0o ，45o两点的两点的2、sin23) 作出作出2-sin2图（理论上是直线）图（理论上是直线）31232121212)()(322222IIIIIIIm研究合金饱和固溶体中强化相的析出与溶解；研究合金饱和固溶体中强化相的析出与溶解；合金基体与共格析出相错配度的测量；合金基体与共格析出相错配度的测量；热膨胀系数的测量，等等。热膨胀系数的测量，等等。测定点阵参数的其它应用测定点阵参数的其它应用