材料结构表征与分析实验指导书 第一篇材料X射线衍射分析 实验一X射线衍射技术 一、实验目的要求 1.了解衍射仪的结构与原理。 2.学习样品的制备方法和实验参量的选择等衍射实验技术。 二、衍射仪的结构及原理 1.衍射仪是进行X射线分析的重要设备，主要由X射线发生器、测角仪、记录仪 和水冷却系统组成。新型的衍射仪还带有条件输入和数据处理系统。图1一1示出了 X射线衍射仪框图。 图1一1X射线衍射仪框图 2.X射线发生器主要由高压控制系统和X光管组成，它是产生X射线的装置， 由X光管发射出的X射线包括连续X射线光谱和特征X射线光谱，连续X射线光 谱主要用于判断晶体的对称性和进行晶体定向的劳埃法，特征X射线用于进行晶体 结构研究的旋转单体法和进行物相鉴定的粉末法。X光管的结构如图1一2所示
1 材料结构表征与分析实验指导书 第一篇 材料 X 射线衍射分析 实验一 X 射线衍射技术 一、实验目的要求 1．了解衍射仪的结构与原理。 2．学习样品的制备方法和实验参量的选择等衍射实验技术。 二、衍射仪的结构及原理 1．衍射仪是进行 X 射线分析的重要设备，主要由 X 射线发生器、测角仪、记录仪 和水冷却系统组成。新型的衍射仪还带有条件输入和数据处理系统。图 1—1 示出了 X 射线衍射仪框图。 图 1－1 X 射线衍射仪框图 2． X 射线发生器主要由高压控制系统和 X 光管组成，它是产生 X 射线的装置， 由 X 光管发射出的 X 射线包括连续 X 射线光谱和特征 X 射线光谱，连续 X 射线光 谱主要用于判断晶体的对称性和进行晶体定向的劳埃法，特征 X 射线用于进行晶体 结构研究的旋转单体法和进行物相鉴定的粉末法。X 光管的结构如图 1－2 所示
图12X光管结构图和实物图 测角仪是衍射仪的重要部分，其光路图如图1-3。X射线源焦点与计数管窗口 分别位于测角仪圆周上，样品位于测角仪圆的正中心。在入射光路上有固定式梭拉 狭缝和可调式发射狭缝，在反射光路上也有固定式梭拉狭缝和可调式防散射狭缝与 接收狭缝。有的衍射仪还在计数管前装有单色器。当给X光管加以高压，产生的X 射线经由发射狭缝射到样品上时，晶体中与样品表面平行的面网，在符合布拉格条 件时即可产生衍射而被计数管接收。衍射仪的测角仪为卧式时，当计数管在测角仪 圆所在平面内扫射时，样品与计数管以1：2速度连动，如岛津XD一5型衍射仪。 还有一类的衍射仪为立式测角仪，样品保持不动，而光管和计数管以1：1速度联动， 如理学的D/max UltimaⅢ型衍射。因此，在某些角位置能满足布拉格条件的面网所 产生的衍射线将被计数管依次记录并转换成电脉冲信号，经放大处理后由计算机采 集软件显示和保存。图1一4为立式和卧式测角仪的实物图。 2
2 图 1-2 X 光管结构图和实物图 测角仪是衍射仪的重要部分，其光路图如图 1-3。X 射线源焦点与计数管窗口 分别位于测角仪圆周上，样品位于测角仪圆的正中心。在入射光路上有固定式梭拉 狭缝和可调式发射狭缝，在反射光路上也有固定式梭拉狭缝和可调式防散射狭缝与 接收狭 缝。有的衍射仪还在计数管前装有单色器。当给 X 光管加以高压，产生的 X 射线经由发射狭缝射到样品上时，晶体中与样品表面平行的面网，在符合布拉格条 件时即可产生衍射而被计数管接收。衍射仪的测角仪为卧式时，当计数管在测角仪 圆所在平面内扫射时，样品与计数管以 1：2 速度连动，如岛津 XD－5A 型衍射仪。 还有一类的衍射仪为立式测角仪，样品保持不动，而光管和计数管以 1：1 速度联动， 如理学的 D/max Ultima III 型衍射。因此，在某些角位置能满足布拉格条件的面网所 产生的衍射线将被计数管依次记录并转换成电脉冲信号，经放大处理后由计算机采 集软件显示和保存。图 1－4 为立式和卧式测角仪的实物图
发散狭缝防散射狭缝接收狭缝 1020 R 测角仪旋转轴R 线焦 图13X射线衍射光路图 图1一4立式和卧式测角仪实物图 三、实验仪器设备 日本理学D/max UltimaⅢ型衍射仪，未知物相实验样品若干。 四、衍射实验方法 X射线衍射实验方法包括样品制备、实验参数选择和样品测试
3 图 1-3 X 射线衍射光路图 图 1－4 立式和卧式测角仪实物图 三、实验仪器设备 日本理学 D/max Ultima III 型衍射仪，未知物相实验样品若干。 四、衍射实验方法 X 射线衍射实验方法包括样品制备、实验参数选择和样品测试
湖定目的 X射花的择☐ 设各校正 试样的预处理 管乐·管清 试样的制各 缝 测定条件的定 描条件 数据分析 图1一5X射线衍射测试的流程图 1.样品制备 在衍射仪法中，样品制作上的差异对衍射结果所产生的影响，要比照相法中大 得多。因此，制备符合要求的样品，是衍射仪实验技术中的重要的一环，通常制成 平板状样品。衍射仪均附有表面平整光滑的玻璃或铝质的样品板，板上开有窗孔或 不穿透的凹槽，样品放入其中进行测定。如图1-6所示。 (1)粉晶样品的制备 将被测试样在玛瑙研钵中研成5um左右的细粉，将适量研磨好的细粉填入凹槽， 并用平整光滑的玻璃板将其压紧，将槽外或高出样品板面的多余粉末刮去，重新将 样品压平，使样品表面与样品板面一样平齐光滑。 (2)特殊样品的制备 对于金属、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的样品，可先将其锯成窗孔大小， 磨平一面，再用橡皮泥或石蜡将其固定在窗孔内。 4
4 图 1－5 X 射线衍射测试的流程图 1．样品制备 在衍射仪法中，样品制作上的差异对衍射结果所产生的影响，要比照相法中大 得多。因此，制备符合要求的样品，是衍射仪实验技术中的重要的一环，通常制成 平板状样品。衍射仪均附有表面平整光滑的玻璃或铝质的样品板，板上开有窗孔或 不穿透的凹槽，样品放入其中进行测定。如图 1-6 所示。 （1）粉晶样品的制备 将被测试样在玛瑙研钵中研成 5μm 左右的细粉，将适量研磨好的细粉填入凹槽， 并用平整光滑的玻璃板将其压紧，将槽外或高出样品板面的多余粉末刮去，重新将 样品压平，使样品表面与样品板面一样平齐光滑。 （2）特殊样品的制备 对于金属、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的样品，可先将其锯成窗孔大小， 磨平一面，再用橡皮泥或石蜡将其固定在窗孔内
图1-6样品架及试样的制备示意图 2.测量方式和实验参数选择 在测试衍射图之前，须考虑确定的实验参数很多，如X射线管阳极的种类、滤 片、管压、管流等，其选择原则在教材有所介绍。有关测角仪上的参数，如发散狭 缝、防散射狭缝、接收狭缝的选择等，可参考教材。对于UltimaⅢ型自动化衍射仪， 这些工作参数可由计算机的键盘输入或通过程序输入。衍射仪需设置的主要参数有： 狭缝宽度选择，测角仪连续扫描速度，如4min等：步长：扫描的起始角和终止角 探测器选择，扫描方式等。 3.样品测量 (1)衍射仪的操作 打开冷却水开关，打开衍射仪总开关（位于机器背面，标识为ELB),开关背面 Lie指示灯亮，打开前左下面板，依次打开CP1(控制电路供电)和CP2开关（衍 射系统供电)，确保衍射仪前门关闭。打开电脑，右击任务栏下方的灯塔状图标，图 标变蓝，实现电脑与衍射仪联机。双击桌面XG Operation图标，点击Power On按 钮，等待第二个按钮栏绿灯亮，点击X-ray on,下方显示为20Kv,2mA,等待右 边的显示条变为蓝色，输入40Kv,30mA,点击左边St按钮。 (2)放置样品 将制备的好样品放置在衍射仪中。注意打开衍射仪的门前，一定要按下D0o 按钮。如未按Door按钮，由于仪器的保护功能会自动将光管断电。 (3)设置实验参数
5 图 1-6 样品架及试样的制备示意图 2．测量方式和实验参数选择 在测试衍射图之前，须考虑确定的实验参数很多，如 X 射线管阳极的种类、滤 片、管压、管流等，其选择原则在教材有所介绍。有关测角仪上的参数，如发散狭 缝、防散射狭缝、接收狭缝的选择等，可参考教材。对于 Ultima III 型自动化衍射仪， 这些工作参数可由计算机的键盘输入或通过程序输入。衍射仪需设置的主要参数有： 狭缝宽度选择，测角仪连续扫描速度，如 4º/min 等；步长；扫描的起始角和终止角 探测器选择，扫描方式等。 3．样品测量 （1）衍射仪的操作 打开冷却水开关，打开衍射仪总开关（位于机器背面，标识为 ELB），开关背面 Line 指示灯亮，打开前左下面板，依次打开 CP1（控制电路供电）和 CP2 开关（衍 射系统供电），确保衍射仪前门关闭。打开电脑，右击任务栏下方的灯塔状图标，图 标变蓝，实现电脑与衍射仪联机。双击桌面 XG Operation 图标，点击 Power On 按 钮，等待第二个按钮栏绿灯亮，点击 X－ray on，下方显示为 20Kv，2mA，等待右 边的显示条变为蓝色，输入 40Kv，30mA，点击左边 Set 按钮。 （2）放置样品 将制备的好样品放置在衍射仪中。注意打开衍射仪的门前，一定要按下 Door 按钮。如未按 Door 按钮，由于仪器的保护功能会自动将光管断电。 （3）设置实验参数