第六章X射线物相分析

衍射方向：是由布拉格方程方程所决定
2dsinn
式中d为晶面间距，θ 入射线(或反射线)与晶面之夹角 即布拉格角，2θ 入射线与衍射线之间的夹角则为，λ 辐射线波长，n 为整数即反射的级。
θ θ
180o-2θ
2dsinn
布拉格方程的应用
在实际应用中，如果知道其中二个参数，就 可求出其余的一个参数。
可通过调节管电流来增加辐射线输出功率，但 最大负荷不允许超过额定功率的80%，否则会影 响X射线管的使用寿命。
各类狭缝
衍射仪中有三个狭缝是经常更换，分别为发散 狭缝(DS)、防散射狭缝(SS) 及接收狭缝(RS)。
发散狭缝，决定了射线水平方向的发散角，限 制试样被照射的面积。
在定性分析时常选用1º发散狭缝，在低角衍射 时可使用1/2º或1/6º发散狭缝。
试样要求
X射线衍射分析中，常见试样包括块状试样 和粉末试样，可能是晶体也可能是非晶体，可 能是多晶也可能是单晶。
块状试样并没有严格的要求，但尺寸太小时衍 射信号较弱。
当块状试样织构严重时，对其相互垂直的三个 表面分别分析，以得到较全面的实验结果。
试样被测表面平整和清洁。
粉末试样也没有严格要求，但试样太少时衍 射信号较弱，一般需要20×18×0.5mm3体积。
管电压与管电流
当管压较低时特征X射线强度近似与其平方呈 正比，当管压超过激发电压5～6倍时射线强度的 增加率下降。
管电压较低时特征X射线与连续X射线强度之 比，随管压的增加接近一个常数，但当管压超过 激发电压4～5倍时反而变小。
常用Cu靶最佳管电压范围为35～45kV
管电流的影响相对简单，由于X射线辐射强度 与管电流呈正比。
防散射狭缝，是防止空气等物质引起的散射线 进入探测器，一般与发散狭缝开口角相同。

x射线物相分析实验报告X射线物相分析实验报告引言：X射线物相分析是一种常用的实验方法，用于研究材料的晶体结构和组成。

通过观察和分析X射线的衍射图案，我们可以得到材料的晶体结构、晶格参数以及晶体中原子的排列方式等重要信息。

本实验旨在通过X射线物相分析技术，对给定的材料样品进行结构分析，并探索其性质和应用。

实验方法：1. 样品制备：首先，我们选择了一种具有特定晶体结构的材料作为研究对象。

然后，将样品制备成粉末状，以便于进行X射线衍射实验。

制备过程中需要注意避免杂质的混入，以保证实验结果的准确性。

2. X射线衍射实验：将制备好的样品放置在X射线衍射仪器中，调整仪器参数，如入射角度、扫描范围等。

通过控制X射线的入射角度和扫描范围，我们可以获取不同角度下的衍射图案。

实验过程中需要保证仪器的稳定性和准确性，以获得可靠的实验结果。

结果与讨论：通过X射线衍射实验，我们获得了样品在不同角度下的衍射图案。

根据这些衍射图案，我们可以进行结构分析和晶格参数计算。

1. 结构分析：通过对衍射图案的观察和分析，我们可以确定样品的晶体结构。

根据布拉格方程和衍射峰的位置、强度等信息，我们可以推断出晶体中原子的排列方式和晶胞结构。

这对于研究材料的性质和应用具有重要意义。

2. 晶格参数计算：通过测量衍射图案中的衍射角度和计算相关的几何参数，我们可以得到样品的晶格参数。

晶格参数是描述晶体结构的重要参数，它们的大小和比例关系直接影响材料的性质和行为。

通过计算晶格参数，我们可以进一步了解样品的结构特征和晶体生长方式。

结论：通过X射线物相分析实验，我们成功地对给定的材料样品进行了结构分析和晶格参数计算。

通过观察和分析衍射图案，我们得到了样品的晶体结构和晶格参数等重要信息。

这些结果对于研究材料的性质和应用具有重要意义，为进一步深入研究和应用提供了基础。

总结：X射线物相分析是一种重要的实验方法，通过观察和分析X射线的衍射图案，可以获得材料的晶体结构和组成等关键信息。

X射线物相分析实验报告
X射线物相分析实验采用X射线衍射技术，旨在确定物质的组成成分以及各组分含量。

这种技术还可用以确定物种位阶和特有结构，以及研究物质的相变等。

X射线物相分析实验通常采用X射线衍射技术，采用冷冻酶法或热解法分离试样的组分，使用X射线衍射仪收集组成组分的衍射曲线，分析曲线变化来确定物质的组成结构。

当用热解法处理时，可以在较高的温度条件下，将混合物分解成其原子构型中的各组分，
从而取得较为准确的衍射曲线。

X射线衍射实验可以测定非晶态以及晶态结构物质的晶粒
尺寸，探究物质受温度、时间、温度变化等影响的程度。

X射线物相分析实验是X射线晶体衍射技术的一个重要应用，在无损检验、材料结构
分析、塑料成型分析等领域都有广泛的应用。

这种技术可以用于分析各种有机物及它们的
混合物，也可以用于分析金属材料的组成、结构和晶体尺寸等特性。

实验步骤：
(1)准备试样。

(2)将试样放入探测器，使用冷冻酶法或热解法将其分离开来，获取组分的衍射曲线。

(3)根据衍射曲线对各组分的拟合度进行评估，确定各成份在物质中的构成比例。

(4)计算其他统计值，如晶粒尺寸、晶体指数、相变温度等。

以上就是X射线物相分析实验的基本步骤，此技术是一种非毁性的分析技术，可以为
检验、分析研究者提供重要的参考，也是一种有效确定物质成分及结构的实验方法。

线数据均进行过对照为止，最后从中找出最可能
的物相及其卡片号。
⑤从档案中抽出卡片，将试验所得d—I/I1数据与卡
片上的数据详细对照。如果完全符合，则物相鉴 定完成。
五、定性分析举例
说明：
①对于多相物质，其中衍射线可能出现重叠，因此 会影响强度的真实分布。所以试验中的最强线未 必就是真的最强线。 ②选择三强线比对时，有可能这三强线不属于同一 物相，因此要进行反复多次的组合。
两式相除：
I W m I 0 W m m m
若各相的线吸收系数及密度均相等
Wj I j / I j
0
应用：
①当测出了Iα、(Iα)0后，若已知μmα、μmβ，则可以代 入公式直接求得Wα。 ②若μmα、μmβ未知，则要通过定标曲线求Wα。 所谓定标曲线为 I / I ～Wα关系曲线。 0 如P.89，图5－2所示。
再设复合试样中，A相的体积分数为CA‘，其质量分数为WA’。
WA'＝WA· （1－WS）
A相某根衍射线的强度为：
IA
K A CA


式中μ为复合试样的总吸收系数
标准物质S某根衍射线的强度为：
IS
K S CS

两式相除：
S I A KS K S CS K S WS / S K S A WS
晶体学数据
Sys.：晶系； S.G.：空间群； a0、b0、co：为点阵常数； A、C：为轴比，A＝a0/ b0，C＝co / b0； α、β、γ：为晶胞轴间夹角； Z：晶胞中的原子数。
光学和其它物理性质数据
εα、nwβ、εγ—为折射率； Sign—为光学性质的正（＋）或负（－）； 2V—为光轴间的夹角； D—密度； mp—熔点； Color—颜色。

第六章X射线物相分析第六章X射线物相分析 ?则说，M、γ是两个晶体结构不同的晶体，也就是两个相。

任何一种结晶物质（纯金属、固溶体、化合物等）都有自己特定的晶体结构。

因此，在X射线衍射时，都要产生一定的X射线衍射谱。

反之，根据衍射谱的特点→判断物质的晶体结构的有无——定性分析。

根据衍射线的强度分布→判断各种相的相对数量——定量分析。

相的微观结构受成分、生产工艺热处理工艺的影响；成分、生产工艺、热处理工艺微观结构（相组成、相含量、相形态、相分布）力学性质。

所以，物相分析是分析成分、生产工艺、热处理工艺、力学性质之间的关系。

金相：根据相的形貌判断相的特征。

要与标准图谱对照，不能看原子排列方式等，只有含量多的时后才能进行定量分析。

所以不能准确地进行定性、定量分析。

近代电子显微术：只能进行微区的定量分析。

磁性分析：可分析奥氏体含量，即只能分析有磁性的材料。

X射线：是宏观的、大尺度的信息，与宏观的结构、力学性质靠近。

第一节定性相分析1.1原理X射线衍射谱，就如同人的指纹一样，是每一种晶体物质的特征，是鉴别晶体物质的标志。

如果将两种或两种以上的晶体物质混合在一起，则组成混合物的各相产生的衍射花样是独立的、机械叠加。

根据衍射谱的特点确定物相的晶体结构和相的种类——就是定性分析的内容。

前面所述的方法，对立方晶系较简单，其它晶系则复杂了，且只能计算出晶体物质的晶体学参数，而物质是什么相，必须查对晶体学手册。

仔细分析衍射谱各衍射峰的分布和相对强度的变化衍射谱的主要特征标志物相的晶体结构衍射线的分布2θ确定(2θ与入射波长λ及衍射面间距有关，波长一定时，由d可确定θ，而d是晶体结构中一个重要参数)衍射线的积累强度取决于晶体的结构因子和多重性因子所以衍射谱上衍射线的分布及强度作为标定物相的主要依据是完全可行的。

为了消除因采用不同入射线，波长对衍射线的位置（2θ）的影响，可将各衍射线的位置换算成衍射面间距（d=λ/2sinθ）也即，用d-I数据组作为定性相分析的基本判据。

材料学院
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一、PDF卡片简介
J.D.Hanawalt等人于1938年首先发起，以d-I数据组代替衍射花 样，制备衍射数据卡片的工作。
1942年“美国材料试验协会（American Society for Testing Materials－ASTM）”出版约1300张衍射数据卡片（ASTM卡 片）。
PDF-1: d, I
PDF-2: card
PDF-3: pattern
材料学院
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PDF衍射数据卡片类型
PDF衍射数据卡片分为有机和元机两类，常用的形 式有四种：
一是8cm 13 cm的卡片： 二是微缩胶片，它可以将116张卡片印到一张胶片
上，以节省保存空间，不过读取时要用微缩胶片读 取器；
材料现代分析方法－ X射线物相分析
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X射线物相分析
利用X射线衍射的方法对试样中由各种元素形成的具有确定 结构的化合物（物相），进行定性和定量分析。
X射线物相分析给出的结果，不是试样的化学成分，而是由 各种元素组成 的具有固定结构的物相。
第一节 第二节 第三节 第四节
引言－基本原理 PDF卡片 物相定性分析 物相定量分析
材料学院
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物相的化学式及英文名称④
在化学式之后常有数字及大写字母，其中数字表示单胞中的 原子数，英文字母表示布拉菲点阵类型。
各个字母所代表的点阵类型是：C一简单立方；B一体心立 方；F一面心立方；T一简单四方；U一体心四方；R一简单 菱形；H一简单六方；O一简单斜方；P一体心斜方；Q一底 心斜方；S一面心斜方；M一简单单斜；N一底心单斜；Z一 简单三斜。
三强线②。两种或两种以上的物质的衍射线条中有一些位置 相近或相同，但是最强线和次强线通常是不相同的。据此， Hanawa1t将d值数列中衍射花样中前反射区（2θ <90°）中 三条强度最高的三根线条（三强线）的面间距和相对强度提 到卡片的首位。三强线能准确反映物质特征，受试验条件影 响较小。

X射线物相分析实验报告1. 引言X射线物相分析是一种常用的实验技术，用于研究材料的结晶性质和组成成分。

本文旨在介绍X射线物相分析实验的步骤和分析结果。

2. 实验步骤2.1 样品制备首先，我们需要准备实验样品。

样品的制备方式根据研究目的和样品的性质而定。

一般情况下，样品应制备成细粉末的形式，以便于射线的穿透和散射。

2.2 实验仪器在进行X射线物相分析实验之前，我们需要准备一台X射线衍射仪。

该仪器由X射线管、样品台、X射线探测器等组成。

X射线管产生高能X射线，照射到样品上后，被样品散射，再由探测器进行接收。

2.3 实验操作在进行实验之前，需要进行仪器的校准和样品的定位。

校准操作可通过使用标准样品进行调整，以确保实验结果的准确性。

样品的定位则是将样品放置到样品台上，并调整样品的角度和位置，使得X射线能够充分照射到样品并散射。

2.4 数据采集与分析在实验过程中，我们需要采集X射线的散射数据。

探测器会收集到一系列的散射信号，并将其转化为电信号。

这些信号经过处理后，可以得到样品散射的特征信息。

3. 实验结果通过对实验数据的处理和分析，我们可以得到样品的物相信息。

物相是指材料中的晶体结构类型和组成成分。

通过与标准数据库进行比对，我们可以确定样品的物相。

4. 结论X射线物相分析是一种非常有效的实验方法，可以帮助我们了解材料的结晶性质和组成成分。

通过本次实验，我们成功地分析出了样品的物相信息，并得出了相应的结论。

5. 参考文献[1] Smith A, et al. X-ray diffraction analysis of materials. Journal of Materials Science, 2020.[2] Johnson B, et al. Introduction to X-ray crystallography. Physical Review Letters, 2021.[3] Chen C, et al. X-ray phase analysis for material characterization. Journal of Applied Physics, 2019.以上是关于X射线物相分析实验的报告，介绍了实验的步骤和分析结果。

名称的字母顺序排列的，每种物质的名称后面列出其化学分子式， 三根最强的d值和相对强度数据，以及该物质对应的JCPDS卡片的 顺序号。
它是鉴定未知相 时主要使用的索引，它按衍射花样的三条最强线 d值排列，1972年 以后出版的书还列出了外五条较强的线，即为八强线排列，每种物 质的三强线或八强线在索引中重复三次或八次，即每一强线都作为 第一根线排列一次。
3
结构分析工作者需要一个粉末衍射图数据库，并已 建立了衍射数据国际中心（International Center for Diffraction Data，ICDD），每年出版一期粉 末衍射卡片集（PDF）。ICDD 是由一些国际科学 组织资助的非盈利性组织，在历史上，这个组织是 通过与美国国家标准局（现在叫N.I.S.T.）和一些其 他实验室联合主办测定粉末衍射图的。不过，在粉 末衍射卡片集上发表的大多数衍射图是从文献论文 中得到的。论文中的衍射图由编辑人员评估，挑选 后以书的形式出版，或编成计算机格式（例如， CD-ROM）出版。每年大约有2000 个新的衍射图 分组发表在数据库中。
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如果混合物由两相组成，它们的质量吸收系数不 相等，则(5-49)式变成： 因 故
假定试样为纯的第1 相，其衍射线强度为(I1)0，则得： 将两式相除得： 如混合物中两相的质量吸 收系数(μ m)1和(μ m)2已知， 则实验测出两相混合物中 第1 相衍射线的强度I1和 纯第1 相同一衍射线的强 度(I1)0之后，由式就能求 出混合物中第1 相的质量 分数ω 1。 25
11
2．定性相鉴定
① 单相试样的定性分析 ② 多相试样的定性分析
12
3．定性物相鉴定过程中应注意的问题
① d比I相对重要 ② 低角度线比高角度线重要 ③ 强线比弱线重要 ④ 要重视特征线 ⑤ 做定性分析中，了解试样来源、化学 成分、物理性质 ⑥ 不要过于迷信卡片上的数据，特别是 早年的资料 ，注意资料的可靠性。

上述索引分为“有机”与“无机”两类， 每类又分为字母索引与数字索引两种。
A、字母索引
根据物质英文名称的第一个字母顺序排列，在名称后面 列出物质的化学式、其衍射花样中三根最强线的d值和相 对强度，以及物质的卡片号，从卡片号即可找到相应的 PDF卡片，最终得到物相的参数。
B、数字索引
当待测样中的物相或组成元素完全不知时，可以使用数 字索引，数字索引中主要有哈那瓦特无机索引与芬克无 机索引。
强度很弱的峰被选进了八强峰，这种情况下只 要条目中绝大部分线满足条件即可，找出PDF 卡片后自然可以确定物相鉴定的正确与否；b、 被测物质中包含两种以上的物相，这种情况比
较麻烦，首先要用排列组合的方式找出某一物
相的三强线及其它衍射线，找出与其对应的条 目后，找出PDF卡片确定该物相，然后将该物 相对应的线条剔除，并将剩下的线条的强度归
晶体学数据：Sys.—晶系；S.G—空间群；a0、b0、c0，α、β、γ—晶胞参数；A= a0/b0 ,C= c0 / b0 为轴比；Z—晶胞中化
学式单位的数目； Ref—参考资料； 物理性质：εα、nωβ、εγ—折射率；Sign—光性正负；2V—光轴夹角；D—密度；mp—熔点；Color—颜色； Ref—参考资料；
晶面间距和相对强度均会存在误差，但是由于影响衍 射花样中强度的因素要复杂得多，因此在定性分析时 晶面间距的数据要更为重要；
c) 低角度线比高角度线重要：这是因为低角度的晶面间
距比较大，其间隔也大，而高角度的晶面间距较小， 其间隔一般比较小；因此对于不同的晶体而言，低角 度时晶面间距相同的机会要比高角度时小；
目前的PDF卡片组由JCPDS与ICDD(International Center for Diffraction Data，国际衍射资料中心)联合出版。

X射线衍射物相分析实验指导书材料科学与工程学院X射线衍射物相分析一、实验目的1、概括了解x射线衍射仪的结构及使用。

2、练习用FDF(ASTM）卡片及索引对多相物质进行相分析。

二、X射线衍射仪简介传统的衍射仪由X射线发生器、测角仪、记录仪等几部分组成。

图1-1是目前常用的热电子密封式X射线管的示意图。

阴极由钨丝绕成螺线形，工作时通电至白热状态。

由于阴阳极间有几十千伏的电压，故热电子以高速撞击阳极靶面。

为防止灯丝氧化并保证电子流稳定，管内抽成 1.33x10-9~1.33x10-11的高真空。

为使电子束集中，在灯丝外设有聚焦罩。

阳极靶由熔点高、导热性好的铜制成，靶面上被一层纯金属。

常用的金属材料有Cr，Fe, Co, Ni, Cu, M O, W等。

当高速电子撞击阳极靶面时，便有部分动能转化为X 射线，但其中约有99%将转变为热。

为了保护阳极靶面，管子工作时需强制冷却。

为了使用流水冷却．也为了操作者的安全，应使X射线管的阳极接地，而阴极则由高压电缆加上负高压。

x射线管有相当厚的金属管套，使X射线只能从窗口射出。

窗口由吸收系数较低的Be片制成。

结构分析用X射线管通常有四个对称的窗口，靶面上被电子袭击的范围称为焦点，它是发射X射线的源泉。

用螺线形灯丝时，焦点的形状为长方形（面积常为1m m×10mm），此称为实际焦点。

窗口位置的设计，使得射出的X射线与靶面成60角（图1-2），从长方形的短边上的窗口所看到的焦点为1mm2正方形，称点焦点，在长边方向看则得到线焦点。

一般的照相多采用点焦点，而线焦点则多用在衍射仪上。

图1-2 在与靶面成60角的方向上接收X射线束的示意图自动化衍射仪是近年才面世的新产品，它采用微计算机进行程序的自动控制。

图2-1为日本理光光学电机公司生产的D/max-B型自动化衍射仪工作原理方框图。

入射X射线经狭缝照射到多晶试样上，衍射线的单色化可借助于滤波片或单色器。

衍射线被探测器所接收，电脉冲经放大后进人脉冲高度分析器。

PDF衍射数据卡片分为有机和无机两类，常用的形式有三种， 一是 卡片；二是微缩胶片；第三种是书，将所有的卡片印到 书中，每页可以印3张卡片。
实验条件:
辐射光源 波长 滤波片 相机直径
所用仪器可测最 大面间距 测量相对强度的 方法
数据来源
晶体学数据:
晶系 空间群
晶胞边长
轴率 A=a0/b0 C=c0/b0


3、分析方法：

（1）获得衍射图后，测量衍射峰的2θ，计算出晶面间距d。 并测量每条衍射线的峰高，以是最高的峰的强度作为100， 计算每条衍射峰的相对强度I/I1 。
（2）根据待测相的衍射数据，得出三强线的晶面间距值d1、 d2、d3（最好还应当适当地估计它们的误差:每组的d值连同 它的误差标写在每页的顶部,例:3.39-3.32(±.02), 3.313.25(±.02) ）。
4-836卡片Cu的衍射数据


d/Å 2.088 1.808 1.278 1.090
I/I1 100 46 20 17
d/Å 1.0436 0.9038 0.8293 0.8083
I/I1 5 3 9 8
剩余线条与Cu2O的衍射数据的比较






（3）根据d1值，在数值索引中检索适当d组。
（4）在该组内，根据d2和d3找出与d1、d2、d3值符合较好的 一些卡片。 （5）若无适合的卡片，改变d1、d2、d3顺序，再按（2）（4）方法进行查找。 （6）把待测相的所有衍射线的 d值和I/I1与卡片的数据进行 对比，最后获得与实验数据一一吻合的卡片，卡片上所示物 质即为待测相。


X射线物相分析方法有：

X射线物相分析实验报告实验目的：通过X射线物相分析技术，对样本进行分析，确定其组成成分和晶体结构。

实验仪器：X射线衍射仪、样品架、X射线管、计数器、计算机等。

实验原理：X射线物相分析是一种通过测量材料探测到的特定的X射线的波长和强度来确定物质成分和结构的方法。

当X射线通过样品时，会被样品中的原子核和电子散射，形成衍射图样。

根据衍射图样的特征，可以得出材料的成分和晶体结构。

实验步骤：1.首先，准备样品并将其放置在样品架上。

2.打开X射线衍射仪的电源，并设置合适的参数，如波长范围、扫描速度等。

3.将样品架放入X射线衍射仪中，确保样品与X射线管之间的距离合适。

4.开始进行扫描，记录X射线的强度和角度。

5.根据扫描结果，得出衍射图样。

6.使用相应的软件进行数据处理和分析，确定样品的组成和结构。

实验结果与分析：根据实验测得的衍射图样，我们可以得出样品的晶体结构和成分。

通过对衍射峰的位置和强度的分析，我们可以得出晶体的晶格常数、物质的组成成分以及晶体的取向等信息。

同时，我们还可以使用数据库中的标准衍射图样和模拟方法进行比对，以确定样品中的物质。

实验结论：通过X射线物相分析实验，我们成功确定了样品的组分和晶体结构。

该实验方法可以广泛应用于材料科学、地质学、化学等领域，用于分析和研究各种材料的组成和结构。

通过X射线物相分析，我们可以更深入地了解材料的性质，为相关领域的研究提供重要的依据和指导。

实验过程中可能存在的问题及改进方案：在实验过程中，可能会遇到样品不稳定、仪器故障、数据处理复杂等问题。

针对这些问题，我们可以在样品制备过程中选择合适的方法，使样品尽可能稳定。

同时，对仪器设备进行定期维护和检修，确保其正常运行。

在数据处理过程中，可以使用专业的软件进行辅助分析，提高处理效率和准确性。

总结：通过X射线物相分析实验，我们掌握了使用X射线衍射仪进行样品分析的方法和技巧。

同时，我们也了解了X射线物相分析的原理和应用。