材料分析测试 第七章 X射线衍射分析的应用.

各种粉末衍射仪用样品片、微背景样品托片
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5. 多相物质分析（混合物相分析）


多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定其组成 相。 多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加。 与单相物质相比，多相物质分析困难得多。 检索用的三强线不一定属于同一相，而且还可能发生一个 相的某线条与另一相的某线条重叠的现象。 因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、 反复尝试，比较复杂。 分析实例，请阅读教材。
第七章 X射线衍射分析的应用
第一节 物相分析 一、物相定性分析 二、物相定量分析 第二节 点阵常数的精确测定 一、概述 二、校正误差的数据处理方法

西南科技大学 张宝述
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XRD的应用
单一物相的鉴定或验证
物相定性分析

物相分析
混合物相的鉴定

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物相定量分析 点阵常数的精确测定 晶体定向(取向) 织构分析(极图、反极图、织构的取向分布函数) 晶格畸变(微观应变)与晶粒度(晶块尺寸)测定 结晶度分析 残余应力（宏观应力）分析 非晶态材料结构径向分布函数的测定，等等。


为方便、迅速查对PDF卡片，JCPDS编辑出版了多种 PDF卡片检索手册： Hanawalt无机物检查手册 Hanawalt有机相检查手册 无机相字母索引 Fink无机索引 矿物检索手册等。 检索手册按检索方法可分为两类，一类以物质名称为索 引（即字母索引），另一类以d值数列为索引（即数值索 引）。
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二、物相定量分析

定量分析的任务：确定样品中各组成相的相对含量。 一般都采用衍射仪法。 1. 基本原理 设样品中任意一相为j，其某(HKL)衍射线强度为Ij，体积 分数为fj，样品（混合物）线吸收系数为；定量分析的基 本依据是： Ij随fj的增加而增高，但由于样品对X射线的吸收，Ij亦不 正比于fj，而是依赖于Ij与fj及之间的关系。
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三强线
最长线
结构式、矿物名称 或通用名称 化学式及英文名称
数据可靠性
强度 实验条件 晶体学数据
光学及其它数据
样品来源、制备 方法等
氯化钠(NaCl)的PDF卡片
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X射线的波长不同 同一干涉面的2也不相同
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X射线的波长不同 但同一干涉面的面间距相同 d-spacing
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3. PDF卡片索引
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第一节 物相分析

物相分析（简称“相分析”）：确定物质由哪些相组 成和确定各组成相的含量。
确定物质由哪些相组成称为物相定性分析（或称“定 性相分析”，或称“物相鉴定”）： 确定物质中各组成相的含量称为物相定量分析（或称 “定量相分析”），常以体积分数或质量分数表示。 X射线衍射物相分析（简称“X射线物相分析”）：用 X射线衍射法确定物质由哪些相组成和确定各组成相的 含量。
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（2）字母索引

以物相英文名称字母顺序排列。每种相一个条目，占一 横行。 条目的内容顺序为：物相英文名称、三强线d值与相对强 度、卡片编号和参比强度号。条目示例如下：
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4.物相定性分析的基本步骤
（1）制备待分析样品； （2）用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样； （3）检索PDF卡片； （4）核对PDF卡片与物相判定。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ



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一、物相定性分析

1. 基本原理 不同结构的物相的X射线衍射花样特征不同，据此可以分 析和确定样品中有哪些物相。

方法：制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化， 将待分析物质的衍射花样与之对照，从而确定样品的组成 相。
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2. PDF卡片


1938年，哈那瓦特（J. D. Hanawalt）开创各种已知物相 衍射花样的规范化工作。 他将物相的衍射花样特征（位置与强度）用d（晶面间距） 和I（衍射线相对强度）数据组表达，并制成相应的物相 衍射数据卡片。 卡片最初由“美国材料试验学会（ASTM）”出版，故称 ASTM卡片。 1969年，成立了国际性组织“粉末衍射标准联合会 （JCPDS）”，由它负责编辑出版“粉末衍射卡片”，称 PDF卡片（The Powder Diffraction File ）。
X射线衍射实验方法．李树棠．北京：冶金工业出版社，1993 多晶材料X射线衍射 实验原理、方法与应用．黄继武，李周．北京：冶 金工业出版社，2012
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XRD在材料科学研究中的应用举例


金属材料的塑性形变：孪晶面与滑移面指数的测定(单晶 定向)，形变与再结晶织构测定，应力分析等； 相变过程与产物研究：马氏体相变，合金时效，相变过程 中产物(相)结构的变化及最终产物，工艺参数对相变的影 响，新生相与母相的取向关系等； 固溶体：固溶极限测定，点阵有序化(超点阵)参数测定、 短程有序分析等； 高分子材料：高聚物鉴定、晶态与非晶态及晶型的确定、 结晶度测定、微晶尺寸测定等。

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多相混合物样品，线吸收系数
m (m ) j wj
j
质量吸收系数
j相质量吸收系数
j相质量分数
衍射仪法吸收因子为1/(2)，混合物样品中任一相j的强度(Ij)
Vj 1 3e 4 2 2M I j I0 2 FHKL PHKL ( )e 3 2 4 32R m c 2 V0 j
多实践！！！
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6.应注意的几个问题

（1）实验条件影响衍射花样 在查核强度数据时，要注意样品实验条件与PDF卡片实 验条件之异同。 在定性分析过程中，以d值为主要依据，而相对强度仅作 为参考依据。 在核查d值时，应考虑到低角度衍射线的分辨率较低，因 而测量误差比高角度线条大的情况等。 （2）在分析工作中充分利用有关待分析物的化学、物理、 力学性质及其加工等各方面的资料信息。 （3）固溶体相的鉴定：d值会发生变化。 （4）计算机自动检索：可节省时间，但最后必须人工核 查。
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（1）数值索引


以Hanawalt无机相数字索引为例。 其编排方法为：一个相一个条目，在索引中占一横行， 其内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线的晶面间距 和相对强度值、化学式、卡片编号和参比强度值。条目 示例如下：

芬克无机数值索引与哈那瓦特数值索引相类似，主要不 同的是其以八强线条的d值循环排列，每种相在索引中可 出现8次。