物相分析及点阵参数精确测定(材料分析方法)

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1、第五章物相分析及点阵参数精确测定一、定性分析材料的成分和组织结构是决定其性能的基本因素。化学分析、光光谱分析、X射线荧光光谱分析、X射线微区域分析（电了探针）等均可测定样品的元素组成，但X射线物相分析却可鉴别样品中的物相。物相包括纯元素、化合物和固溶体。当待测样曲单质元素或其混合物组成时，X射线物相分析所指示出是元素，此时元素就是物相;但当元素相互组成化合物或固溶体时，则所给出的是化合物或固溶体而非它们的组成元素。X射线衍射得到的结果是宏观体积内（约lcm2X10

2、im）大量原了行为统计的结果，它与材料宏观的物理、化学及力学性能有直接、密切的关系。（一）

3、原理X射线定性相分析是根据晶体对X射线的衍射特一一衍射线的方向及强度來达到鉴延结晶物质的。X射线衍射分析是以晶体结构为基础的。每种结晶物质都有其特泄的结构参数，包括点阵类型、单胞人小、单胞中原子（离子或分子）的数目及其位置等等，而这些参数在X射线衍射花样中均有所反应。尽管物质的种类有千千万万，但却没有两种衍射花样完全相同的物质。因此，当X射线通过品体时，每一种结晶物质都有自C独特的衍射花样，它们的特征可以用各个反射面的晶面间距d值和反射线的相对强度I/Il來表征，这里的I是同一结晶物质中某一晶面的反射线（衍射线）强度，Ii是该结晶物质最强线的强度，一般把

4、11定为100o其中面间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度I/I1则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关，任何一种结晶物质的衍射数据d和1厲是其晶体结构的必然反映，即使该物质存在于混合物中，它的衍射数据d和I/h也不会改变，因而可以根据它们来鉴定结晶物质的物相。即某种物质的多晶体衍射线条的数H、位置及其强度是该种物质的特征，因而可以成为鉴别物相的标志。如果将几种物质混合后摄照，则所得结果将是各单独物相衍射线条的简单叠加。根据这一原理，就有可能从混合物的衍射花样中，将各物相一个一个的寻找出来。如果拍摄了人量标准单相物质的图样，则物相分析就变成了简单的对照工

5、作，但这种做法并非总是可行的，因为它首先要求每个实验室制作并储存大量的图样；其次是要将己知和未知图样一一对比，也绝非轻而易举的事。必须制定一套迅速检索的办法。这套办法由哈那瓦特于1938年创立。图样上线条的位置由衍射角28决定，而0取决于波长入及面间距d,其中d是曲晶体结构决定的基本量。因此，在卡片上列出一系列d及对应的强度I,就可以代替衍射图样。应用时，只须将所测得图样经过简单的转换就可与标准卡片相对照，而且在摄照待测图样时不必局限于使用与制作卡片时同样的波长。如果待测图样的d及I系列与某标准样能很好的对应，就可以认为试样的物相就是改标准物质。出于标准

6、卡片的数量很多，对照工作必须借助于索引进行。物相定性分析不仅是最基本的和应用最广泛的分析方法，而且物相分析的知识往往也是其它衍射分析方法的基础，故对卡片及其使用应由一个较为清楚的认识。利用X射线进行物相定性分析的一般步骤：用一定的实验方法（包括粉晶、徳拜照相法和衍射仪法等）获得待测试样的衍射花样；计算并列出衍射花样中各衍射线的d值和相应的相对强度I；参比己知的资料鉴定出试样的物相。（二）粉末衍射卡片卡片的出版经历了几个阶段：1941年开始，由美国材料试验协会ASTM整理出版;1969年起改由粉末衍射标准联合委员会JCPDS出版；1978年进一步与国际衍射

7、资料中心联合出版，即JCPDS/ICDD；1992年后的卡片•统一曲ICDD出版。至1997年，已有卡片47组，包括有机、无机相约为67000个。新老卡片的形式不尽相同。JCPDS卡片检索手册分为四种形式：（1）字顺索弓I;（2）哈那瓦尔特法索引（3）芬克法索引:（4）常见物相检索。字顺索引即为名称索引，是按物质的英文名称或矿物名称的字母顺序排列的，每种物质的名称后而列出其化学分子式，三根最强线的d值和相对强度数据，以及该物质对应的JCPDS卡片的顺序号等。哈那瓦尔特法索引，是鉴定未知物相时主要使用的索引，它按衍射花样的三条最强线的d值排列，72年以后出

8、版的书还列出了另外五条较强的线，即八强线排列，每种物质的三强线或八强线在索引中重复出现三次或八次，即每一强线都作为第一根线排列一次。芬克法索引，它是主要为强度失真和具有择优取向的衍射花样设计的，也是按八强线排列。图1（书上5・1）所示为1996年出版的第46组PDF（ICDD）卡片的一例。图2（书上5・2）可帮助说明卡片屮各栏的内容。（1）第1栏为物质的化学式及英文名称，有时在栏的右边还列出“点”式或结构式。（2）第2栏为获得衍射数据的实验条件，其屮Rad.为辐射种类；入为辐射波长,单位为埃；Filter■为滤片名称，如用单色器就注明Mono.,d・sp

9、是测定而间距所用的方法或仪器，如X射线衍射仪、纪尼叶相机等；Cutoff表示该仪