Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Рентгеноструктурный анализ"



Скачать 209.53 Kb.
Дата08.01.2013
Размер209.53 Kb.
ТипУчебно-методические указания
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу "Рентгеноструктурный анализ"

ОМСК

2004
Министерство образования и науки РФ

Омский государственный университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу "Рентгеноструктурный анализ"

____________________________________________________________________

Издание ОмГУ Омск 2004
УДК: 539.26

Панова Т.В., Блинов В.И. Определение фазового состава поликристаллического вещества:

Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Рентгеноструктурный анализ". Омск, 2004. 21с.
В работе даются основы качественного и количественного фазового рентгеновского анализа на порошковом рентгеновском дифрактометре.


Работа утверждена в качестве учебно-методических указаний к выполнению лабораторной работы на Ученом Совете физического факультета 23 апреля 2004 г.


 Омский госуниверситет, 2004.

Цель работы: ознакомиться с основами качественного и количественного фазового рентгеновского анализа и научиться определять фазовый состав однофазных и многофазных материалов.

Приборы и принадлежности: рентгеновский аппарат ДРОН-3М; однофазный и многофазный образцы, не облученные и облученные мощным ионным пучком.

В В Е Д Е Н И Е


В настоящее время существует большое количество методов фазового анализа: химические, термические, дифракционные и др. По широте применения первое место занимает рентгенографический метод фазового анализа (РФА). Широкое применение этого метода объясняется достаточно хорошо разработанной теорией, обладающей рядом практических достоинств, таких как: простота приготовления образцов, простота и относительная экспрессность получение качественных результатов, сохранение образцов без изменения после эксперимента, возможность использования поликристаллического материала, возможность массовых измерений, возможность исследования полиморфных модификаций, возможность исследования фазового состава непосредственно в конкретных условиях (температура, давление, газовая среда), возможность получения из экспериментальной дифрактограммы, наряду с данными о фазовом составе, данных о структурных характеристиках отдельных фаз. Последнее имеет особое значение в повышении роли рентгеновского метода, так как это позволяет получать разностороннюю информацию из одной дифракционной картины, благодаря разработке не только одного метода РФА, а целого ряда методов, представляющих собой рентгенографию порошковых материалов, которая широко используется в различных отраслях материаловедения.
Другие дифракционные методы (электронография, нейтронография) в силу своей специфики не могут быть массовыми, а только могут в отдельных случаях дополнять данные РФА и больше используются как структурные методы.

Фазой называют однородные (гомогенные) составные части системы, имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение и свойства, одно и то же агрегатное состояние и отделенные от других составных частей поверхностями раздела. Физические свойства твердых тел зависят в определенной степени от их фазового состава, поэтому важной задачей физического материаловедения является установление фазового состава кристаллического вещества, который часто определяют с помощью рентгенографического фазового анализа. Фазовым анализом называется установление наличия фаз в исследуемом образце, их идентификация (качественный анализ) и определение относительного содержания фаз (количественный анализ). Каждое кристаллическое вещество характеризуется атомным составом, кристаллической решеткой и расположением атомов в элементарной ячейке и поэтому дает специфическую рентгеновскую дифракционную картину. Таким образом, получаемая в эксперименте рентгеновская дифракционная картина многофазного поликристаллического образца есть сумма рентгенограмм всех фаз, находящихся в образце. Дифракционной характеристикой вещества служит спектр значений межплоскостных расстояний d и относительных интенсивностей (I) отражений от этих плоскостей, полученной на монохроматическом излучении.

Методы фазового анализа

Фазовый рентгеноструктурный анализ основан на том, что каждая фаза имеет свою специфическую кристаллическую решетку с определенными параметрами и ей соответствует на рентгенограмме своя система линий. Поэтому в общем случае при съемке вещества, представляющего собой смесь нескольких фаз, получается рентгенограмма, на которой присутствуют линии всех фаз входящих в состав образца. Проводя расчет и индицирование линии рентгенограммы, можно получить точные данные о качественном составе исследуемого вещества. Применив специальные методы фазового анализа можно определить не только качественный, но и количественный фазовый состав. Интенсивность линий различных фаз на рентгенограмме зависит от многих факторов, в том числе и от количества той или иной фазы. С увеличением содержания фазы в смеси интенсивность принадлежащих ей линий возрастает. Однако надежное определение наличия той или иной фазы в смеси возможно лишь при некоторых минимальных ее количествах. Уменьшение количества какой-то фазы может привести к практически полному исчезновению ее линий на рентгенограмме. Под чувствительностью метода фазового анализа понимают минимальное количество фазы в смеси, которому соответствует достаточное для надежного ее определения число линий на рентгенограмме. Чувствительность методов фазового анализа зависит от многих факторов: отражательной способности атомных плоскостей (точнее, рассеивающей способности атомов, составляющих данные плоскости решетки); соотношения коэффициентов поглощения всей смеси и определяемой фазы; доли некогерентного рассеяния (фона) на рентгенограмме; величины искажений решетки искомой фазы; величины кристаллов. Чем выше отражательная способность атомных плоскостей искомой фазы и чем слабее фон на рентгенограмме, тем выше чувствительность метода. Чувствительность ниже, чем меньше коэффициент поглощения искомой фазы и при наличии в исследуемом объекте остаточных микронапряжений, а также в случае малых размеров кристаллитов (менее 10-6 см).

Качественный фазовый анализ

Для решения вопроса о том, какая фаза присутствует в пробе, нет необходимости в определении ее кристаллической структуры, а достаточно, рассчитав рентгенограмму или дифрактограмму, снятую по методу порошка, сравнить полученный ряд межплоскостных расстояний с табличными значениями. Совпадение (в пределах ошибок эксперимента) опытных и табличных значений d/n и относительной интенсивности линий позволяет однозначно идентифицировать присутствующую в образце фазу. Сравнение с табличными результатами начинают с наиболее интенсивных линий. Если три-четыре наиболее интенсивных линии предполагаемой фазы отсутствуют, то полученные значения d/n следует сравнивать с табличными для другой фазы. Межплоскостные расстояния для различных неорганических фаз имеются в ряде справочников /2/. Наиболее полный и постоянно обновляемый определитель фаз - картотека ASTM (Американское общество испытаний материалов), последующие выпуски которого издаются Объединенным комитетом порошковых дифракционных стандартов (JCPDS). Ниже представлена одна из карточек этой картотеки. В карточке указывается химическая формула соединения, пространственная группа, периоды элементарной ячейки, межплоскостные расстояния и индексы дифракционных линий. Приведен полный перечень линий данного вещества и их относительные интенсивности, а также условия съемки рентгенограммы. Могут быть включены также такие физические характеристики, как плотность, цвет, оптические свойства. В верхней части карточки указаны d/n трех самых сильных линий и их относительные интенсивности, а также линия с наибольшим межплоскостным расстоянием. Также указывается цитируемый литературный источник.

Пример карточки из картотеки ASTM


d

3.46

2.70

1.85

4.78

Ti2O5

Titanium oxide (Anosovite)

I/I1

100

100

100

60

Rad. CuK  1.5418 Filter Ni Dia. 86.0

Cut off I/I1 Visual estimate

Ref. Zdanov and Rusakov, Doklad Akad. Nauk SSSR 82

901 (1952) and Min. Ass. 11 415-536 (1952)

d, A

I/I1

Hkl

4.78

3.46

2.70

2.42

3.37

2.17

2.14

1.93

1.85

60

100

100

60

40

60

20

80

100

020

110

023

130

040

024

042

043

200

Sys. Orthorhombic S.G. D172H -Cmcm

aO 3.754 bO 9.474 cO 9.734 A 0.396 C 1.027

   Z4 DX 4.29

Ref. Ibid.

 n  Sign

2V D 4.19 mp Color

Ref. Ibid.

Synthetic material and from Ti - rich blast furnace Slags


Существует несколько ключей картотеки ASTM:

1. В алфавитном ключе все вещества перечислены по алфавиту (отдельно органические и неорганические), номер соответствующей карточки и три наиболее сильные линии. Этим ключом целесообразно пользоваться, если можно предположить фазовый состав образца.

2. Во втором ключе все имеющиеся вещества перечислены в порядке убывания межплоскостных расстояний трех наиболее интенсивных линий, которые разбиты на группы и подгруппы по величине d/n вторых и третьих линий. Этот ключ позволяет отыскать нужные карточки, даже если предполагаемый фазовый состав образца неизвестен.

3. Третий ключ (ключ Финка), в котором приводятся данные по восьми наиболее интенсивным линиям каждой фазы. Каждое вещество записано а восьми различных местах указателя. В первой записи d/n расположены в порядке убывания, а в других семи - в порядке циклической перестановки. Совокупности значений разбиты на группы и подгруппы. Группа Финка определяется по величине межплоскостного расстояния, указанного в первом ряду. Идентификацию фазы ведут по наибольшему значению d/n на рентгенограмме, которое определяет группу Финка.

Если в анализируемом образце присутствуют несколько фаз, то рентгенограмма является результатом наложения дифракционных картин от всех этих фаз, причем интенсивность каждой линии зависит от ее объемной доли. В таком случае пользование таблицами наталкивается на принципиальные трудности, поскольку наиболее сильные линии рентгенограммы могут принадлежать разным фазам, и возникает необходимость проверки большого числа их возможных комбинаций. Для повышения чувствительности метода фазового анализа необходимо правильно подобрать условия съемки. Прежде всего для уменьшения фона, вызванного сплошным спектром, испускаемым рентгеновской трубкой, следует выбирать рабочее напряжение U= 3: 4 U0 ( U0 - потенциал возбуждения характеристического излучения материала анода). При применении селективно поглощающего фильтра, кроме ослабления сплошного спектра, можно избавиться от - линий, затрудняющих идентификацию фаз в многофазных композициях. Крупнокристаллические образцы следует во время съемки вращать, чтобы увеличить количество вещества, участвующего в создании рентгеновской картины. Применение кристалла-монохроматора также позволяет устранить фон от сплошного излучения. Повысить чувствительность метода можно также соответствующим приготовлением образца. Порошки следует очистить от загрязнений, провести магнитную сепарацию. Если используется многофазный шлиф, то его поверхность лучше очистить химическим или электролитическим травлением.

Для установления природы фаз, присутствующих в системе, следует из общего ряда полученных значений dHKL выделить ряды, свой­ственные каждой из фаз в отдельности, а затем сопоставить их с табличными значениями для каждой из фаз и, проиндицировав соответствую­щие интерференционные максимумы, рассчитать значения периодов решеток соответствующих фаз.

Прежде чём заняться аналитическим или графоаналитическим разделением фаз необходимо внимательно рассмотреть рентгенограмму, попытавшись произвести визуальное их разделение, так как расположение линий на рентгенограмме и их характер (ширина, непрерывность, интенсивность) определяются структурой фазы и ее состоянием. Так (рис. 1), рентгенограмма объемноцентрированной кубической фазы ха­рактеризуется интерференционными максимумами, отстоящими друг от друга на примерно равные расстояния (сумма квадратов индексов рав­на 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 и т. д.), а рентгенограмма гранецентрированной кубической фазы - интерференционными максимумами, стоящими попеременно попарно и отдельно (сумма квадратов индексов интерферен­ции составляет 3, 4, 8, 11, 12, 16, 19, 20 и т. д.). Рентгенограмма гексагональной компактной фазы имеет при малых брэгговских углах три интенсивные линии (100, 002, 101); рентгенограмма же тетрагональ­ной фазы с объемноцентрированным базисом характерна_наличием дублета (101 и 110) при малых брэгговских углах, интенсивности линий которого относятся как 2:1.


Рис. 1. Схемы рентгенограмм веществ с различной решеткой:

1 - примитивная кубическая структура; 2 - объемноцентрированная кубическая структура; 3 - гранецентрированная кубическая структура; 4 - структура алмаза; 5 - гексагональная компактная структура
Характер ин­терференционных максимумов также может помочь разделению фаз. Известно, что острые максимумы соответствуют блокам мозаики средней величины. Крупноблочные агрегаты дают точечные, мелко­блочные - уширенные, ориентированные - симметрично прерывистые максимумы. Поэтому интерференционные максимумы рентгенограммы, снятой без вращения образца, фазы которой находятся в разном состоянии, будут отличаться по внешнему виду, причем все максимумы одного внешнего вида будут принадлежать, естественно, к одной фазе, что позволит выделить из общего ряда dHKL ряд, принад­лежащий одной фазе.

Если анализ расположения линий на рентгенограмме или характер их позволяет сделать заключение о природе хотя бы одной из фаз, или же одна из фаз системы известна заранее, что часто имеет место, то разделение фаз производится следующим образом. Чтобы из общего ряда dHKL исключить ряд, свойственный извест­ной фазе, следует в таблицах, справочниках или оригинальных рабо­тах найти данные о межплоскостных расстояниях этой фазы и сопо­ставить их с рядом вычисленных значений. Сводной таблицы dHKL для интерметаллидов не существует; имеются отдельные неполные сводки (см. табл. Приложений /2/). Знания табличных рядов dHKL до­статочно для исключения их из общего ряда dHKL, если соответствую­щая фаза в системе имеет стехиометрический состав. Если же таб­личные данные относятся к собственно фазе, а расчетные — к твердо­му раствору на ее основе, то оба ряда значений dHKL ощутимо разли­чаются. Поэтому следует по исключаемым значениям dHKL рассчитать периоды решетки этой фазы и сопоставить их с данными для интерва­ла гомогенности фазы.

Если в таблицах, справочниках или оригинальных работах нуж­ного ряда dHKL не окажется, то следует получить этот ряд самостоя­тельно, рассчитав его по квадратичным формам, задаваясь табличны­ми значениями периодов и значениями индексов интерференции, кото­рые совместимы с правилами погасаний. Табличные значения периодов решеток и типов структур неорганических соединений приведены в спра­вочниках.

Законы погасаний даны в таблицах приложений /2/. Интенсивность максимумов рентгенограммы можно при расчете вычислить не по пол­ной формуле относительной интегральной интенсивности, а приближенно, по выражению I= | S|2 f()P, где |S|2 — квадрат модуля структурной амплитуды; f() - угловой множитель, Р- мно­житель повторяемости. Расчетные формулы и таблицы даны в прило­жениях /2/.

Получив тем или иным способом ряд dHKL, соответствующий из­вестной фазе, сопоставляют его с общим рядом dHKL и исключают dHKL известной фазы, следя за тем, чтобы интенсивности исключаемых линий были пропорциональны интенсивностям табличных значений и чтобы в числе исключенных оказались наиболее интенсивные таблич­ные линии (интенсивности максимумов меняются в зависимости от излучения, на котором снимается рентгенограмма в связи с изме­нением углового множителя интенсивности, особенно при средних зна­чениях , что может сказаться на слабых и средних линиях). На ин­тенсивность линий рентгенограммы, особенно под малыми углами, оказывает также влияние первичная экстинкция, ослабляющая их настолько, что, например, линия 220 феррита, может при неблагоприят­ных условиях (при крупных блоках) стать интенсивнее линии 110. Ли­нии с большими углами  у фаз дисперсных и имеющих микроискаже­ния, размыты и визуально выглядят как мало интенсивные.

Проверив правильность исключения линий известной фазы расче­том ее периодов, пересчитывают относительные интенсивности оставше­гося ряда dHKL, нормируя их к самой сильной из оставшихся линий, и устанавливают вторую фазу.

Установление второй фазы в том случае, если природа ее или из­вестна, или может быть предсказана из условий получения препарата, проводится аналогично предыдущему. В многофазной системе опера­ции исключения dHKL приходится проделывать многократно, внима­тельно следя за возможными наложениями. Наложения не исключаются, а занимают принадлежащее им место в двух и более рядах dHKL.

Если о природе второй фазы нельзя сделать достаточно надежных предположений, то сначала следует выяснить сингонию фазы, затем определить ее периоды и дифракционную группу и по периодам уста­новить природу фазы, пользуясь таблицами изомеров Фревеля и Ринна (см. приложения /2/). Для выяснения структуры или, по край­ней мере, принадлежности к определенной сингонии, необходимо по­следовательно выяснить, не принадлежит ли фаза, ряд dHKL которой имеется, к кубической, гексагональной, тетрагональной, ромбоэдриче­ской или ромбической сингонии. Для выполнения этого по значениям dHKL получают значения = Q' и сопоставляют значения отношений с табличными /2/.

Приведенные в этих таблицах ряды справедливы при условии, что Qi' рентгенограммы соответствуют первому возможному интерфе­ренционному максимуму с наименьшими теоретически возможными ин­дексами. Поэтому при промере рентгенограмм следует внимательно просмотреть область малых брэгговских углов. Если первая линия в ряду dHKL, судя по полученным рядам Q, не обнаруживается, что ча­сто наблюдается при съемке от наклонно поставленного шлифа, то пре­парат следует снять вторично при меньшем наклоне (100- 120) и повто­рить расчет.

Для кристаллов ромбической сингонии можно ожидать, что ряды отношений вида Q будут содержать целые квадраты среди прочих дробных членов для трех независимых значений Q', соответствующих линиям вида 00L, 0К0, Н00. Закономерные погасания часто приводят к выпадению линий 001; 010; 100, так что в ряде случаев отношения Q окажутся не равными, а лишь пропорциональными ряду целых квад­ратов, что значительно искажает картину и делает оценку сингонии ненадежной. Тем более низка надежность определения моноклинных и триклинных кристаллов по рентгенограмме.

По установлении сингонии фазы индицирование производится гра­фически по номограммам Фревеля и Ринна, позволяющим одновремен­но с этим установить и структурный тип. Номограммы Фревеля и Ринна представляют собой кривые, изо­бражающие зависимость dHKL от с/а при определенных индексах ин­терференции. В отличие от графиков Хелла или Бьерстрема номограм­мы Фревеля построены не для сингонии в целом, а для определенных структурных типов. Последнее обстоятельство сужает интервал с/а номограмм, поскольку структурные типы стабильны лишь при опреде­ленных отношениях осей и позволяет нанести на номограмму только негаснущие отражения, что упрощает ее. Над номограммами помеще­ны соответствующие каждому структурному типу штрих - диаграммы интенсивностей, полученных на молибденовом излучении, что облег­чает выбор структурного типа. Индицирование - графическое. Мас­штаб dНKL дан при номограммах.

Значения dHKL откладывают в этом масштабе на узкой полоске бумаги, которую затем накладывают на номограмму так, чтобы отмет­ка dHKLMАKC пришлась на линию номограммы с минимальными зна­чениями HKL. Полоску двигают по кривой номограммы до совмещения всех отметок dHKL и читают индексы над кривыми номограммы. После графического индицирования и анализа индексов интерфе­ренции для установления пространственной группы по закону погаса­ний подсчитывают периоды решетки по квадратичным формам и уста­навливают вещество по таблицам по его структурному типу и периодам.

Номограммы Фревеля — Ринна приведены в таблицах приложения /2/.

Количественный фазовый анализ

Количественный фазовый анализ, т.е. определение количества какой-либо одной или ряда фаз в многофазных композициях, основан на том, что интенсивность линий данной фазы пропорциональна объемной доле данной фазы в смеси. Анализ основан на количественном сравнении интенсивности линий разных фаз друг с другом или с интенсивностью линии эталона, снимаемого в тех же условиях. Существует много разновидностей методов рентгеновского количественного фазового анализа, описанных в специальной литературе. В любом из них происходит сравнение интенсивности так называемых “аналитических” линий каждой фазы - обычно линия наибольшей интенсивности, свободная от наложения других линий анализируемой или остальных фаз многофазного образца. Для выделения аналитических линий необходимо предварительно провести качественный фазовый анализ. Рассмотрим подробнее несколько часто применяемых методов анализа.

Метод подмешивания. Основан на сравнении интенсивности линии определяемой фазы с интенсивностью эталонного вещества, количество которого в смеси точно известно. Анализ состоит из следующих этапов. Приготавливается серия смесей, состоящих из определяемой фазы и фазы, являющейся в смесях эталонным веществом. Количество эталонного вещества в смеси выбирают так, чтобы отношение интенсивностей выбранной пары было пропорционально соотношению масс этих веществ в смеси. При визуальной оценке интенсивности сравниваемых линий должны быть равными, т.е. Iэт/Iи.ф=1. при невыполнении этого условия точность метода заметно снижается. Зная, при какой концентрации эталонного и определяемого вещества имеет место данное отношение интенсивностей, можно определить количество искомой фазы. При использовании метода подмешивания обычно строят градуировочные кривые в координатах qэт / qи.ф - I(hkl)эт / I(hkl)и.ф, где qэт и qи.ф- количества эталонного вещества и искомой фазы; I(hkl)эт и I(hkl) и.ф- интенсивность линий эталонного вещества и искомой фазы. Содержание искомой фазы Ри.ф, % определяют либо по графику, либо по формуле Ри.ф = Рэт, где  - постоянная , определяющая наклон кривой на градуировочном графике. В качестве эталона нужно применять вещество, коэффициент поглощения которого должен быть близким к коэффициенту поглощения определяемой фазы; исследуемая фаза и эталонное вещество должны быть достаточно измельчены и тщательно перемешаны. Вещество, выбираемое в качестве стандартного, должно удовлетворять следующему требованию: давать интенсивные и резкие линии на рентгенограмме, в том числе интенсивную линию вблизи самой интенсивной линии определяемого компонента.

Метод гомологических пар. Заключается в визуальном подборе пары линий, принадлежащих разным фазам и имеющих равную интенсивность. Подобрав такую пару, называемую гомологической с помощью предварительно составленных таблиц находят количество искомой фазы. Для получения более точных результатов необходимо лучше проводить оценку интенсивностей. Это может быть особенно полезно в тех случаях, когда сравниваемая линия одной из фаз размыта. В таких случаях расчет следует вести путем сравнения площадей S интерференционных максимумов. Таблицы гомологических пар составляют экспериментально. Для этого приготавливают ряд тщательно перемешанных смесей, содержащих различные, но точно известные соотношения фаз. На рентгенограммах, снятых с этих смесей, находят пары линий, каждая из которых принадлежит соответствующей фазе. По этим парам строят таблицы гомологических пар. При исследовании смесей, состоящих из трех и более фаз, метод гомологических пар, как правило, неприменим, так как суммарное количество двух каких-либо фаз, линии которых сопоставляют, не равно 100 %. Для увеличения точности метода гомологических пар, особенно при малом содержании одной из фаз, следует применять специальные методы фокусировки каждой линии в отдельности.
Метод независимого эталона. Если измельчение исследуемого вещества невозможно, применяют метод независимого эталона. Вдоль цилиндрической поверхности образца укрепляют эталон в виде тонкой фольги с длиной дуги равной а. Способ крепления эталона на образце не важен. При съемке рентгенограммы образец с эталоном располагают так, чтобы первичные лучи скользили по образующей цилиндрического образца с эталоном. Вследствие вращения образца лучи будут облучать то образец, то эталон. Пусть а - длина дуги (мм), охватываемая фольгой эталона; D - диаметр исследуемого образца. Изменяя величину а для эталона, можно добиться совпадения интенсивностей сравниваемых линий эталона и искомой фазы. При Iэт = Iи.ф получаем вполне определенную длину дуги эталона и, следовательно:

Ри.ф =  эт и.ф = а / ( D-а); где  эт- время, в течение которого лучи освещали только эталон; и.ф - время , в течение которого лучи освещали только искомую фазу. Содержание искомой фазы находят из градуировочного графика Ри.ф= f(a0), где а0 - ширина фольги эталона, соответствующая совпадению интенсивностей линий, выбранных для сравнения. При построении градуировочного графика по оси абсцисс откладывается количество искомой фазы Ри.ф, а по оси ординат - отношение а/( D-a). При определении количества искомой фазы в образце снимают несколько рентгенограмм, меняя ширину полосы эталона, добиваясь совпадения Iэт=Iи.ф. Найдя величину а, вычисляют отношение а/(D-a) и по графику находят Ри.ф,%. Недостатки методов подмешивания и независимого эталона заключаются в том, что возможно совпадение линий исследуемого вещества и эталонного. Кроме того, появление линий и добавочного фона от эталона уменьшает интенсивность линий исследуемой фазы.

Метод съемки без эталона. В ряде случаев для фазового анализа применяют съемку без эталонов. Метод основан на том, что соотношение между интенсивностями линий двух фаз на рентгенограмме связано с соотношением объемных количеств этих фаз. Оценку интенсивности можно проводить путем измерения высоты максимума на микрофотограммах или кривых интенсивности. Определение состоит из следующих этапов:

1. Вычисляют поправочный множитель:

В = 1/а |S|2 H(LP),

Где S, H, L, P - факторы интенсивности, а - период решетки -фазы.

2. Определяют интенсивности линий обеих фаз на рентгенограмме (I).

3. Находят отношение I/ B для каждой линии.

4. Строят графики зависимости I/B для каждой фазы от угла скольжения .

5. Находят среднее отношение между ординатами кривых обеих фаз, соответствующее отношению объемных содержаний этих фаз. В благоприятных условиях точность определения объемного содержания фаз таким способом может составлять  0,3 %.

Среди методик количественного анализа наибольшее распространение получили такие, как метод внутреннего стандарта и метод внешнего эталона. Чаще всего пользуются методом внутреннего стандарта по Чангу, в котором требуется приготовление лишь одной стандартной смеси. В основу метода Чанга положена формула:

,

где xi –весовая доля определяемой фазы в образце; хс – весовая доля стандарта в образце; Ii/Ic –соотношение интенсивностей линий определяемого вещества и стандарта в исследуемом образце; К1:1=I0i/I0c – соотношение интенсивностей линий с теми же индексами (hkl), что и в образце, для химической смеси 1:1 определяемого вещества и стандарта. Чаще всего используется международный стандарт – корунд. Значения I0i/I0c для бинарных смесей состава 1:1 с различными чистыми веществами протабулированы в JCPDS (картотека объединенного комитета порошковых дифракционных стандартов) и называется корундовым числом. В принципе, в качестве внутреннего стандарта может быть использовано и другое подходящее вещество. Мерой чувствительности метода является минимальное количество вещества в смеси, дающее достаточное количество характерных линий для определения данной фазы. В различных случаях чувствительность будет различной и зависит от отражательной способности вещества, его дисперсности и от качества аппаратуры (фона, остроты фокуса, мощности трубки и т.д.). Причем очень существенно отношение коэффициентов поглощения всей смеси и определяемой фазы, например, вещества сильнопоглощающие легко обнаруживаются в слабопоглощающих смесях. Размытие линий в случае высокой дисперсности или наличия микронапряжений, а также, наоборот, прерывистость линий при больших размерах кристаллов снижает чувствительность метода. Точность рентгенофазового анализа зависит от дисперсности и может составлять 2-10% от определяемой величины.

Порядок выполнения работы





  1. Получить дифрактограммы однофазного и двухфазного образцов в интервале углов  от 5 до 1400 с использованием селективно поглощающего фильтра.

  2. Определить положения дифракционных линий (2)изм. По формуле Вульфа-Брэгга рассчитать значения межплоскостных расстояний d. Оценить величину интенсивности I, приняв за 100 наибольшую интенсивность.

  3. Пользуясь справочными данными, приложением /2/ и картотекой АSTM, идентифицировать однофазный и двухфазный образцы.

  4. Проделать все тоже самое для образцов, облученных мощным ионным пучком.

  5. Составить отчет.

Контрольные вопросы

  1. Что называется фазой? Какие задачи можно решить с помощью фазового анализа?

  2. В чем состоит преимущество метода РФА перед остальными методами?

  3. В чем заключается качественный фазовый анализ?

  4. В чем заключается количественный фазовый анализ?

  5. На чем основан метод Чанга?

  6. Что понимается под чувствительностью метода фазового анализа и каковы пути ее повышения?

  7. Какова погрешность метода РФА?


Рекомендуемый библиографический список


  1. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. 632 с.

  2. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ. Приложения. М: Металлургия, 1970. 107 с.

  3. Русаков А.А. Рентгенография металлов: Учебник для вузов. М.: Атомиздат, 1977. 480 с.

  4. Зевин Л.С., Хейкер Д.М. Рентгеновские методы исследования строительных материалов. М.: Стройиздат, 1965. 362 с.

  5. Физика твердого тела: Структура твердого тела и магнитные явления. Спецпрактикум/ Ю.И.Авксентьев, З.К.Золина, В.В.Зубенко и др./ Под общ. ред. А.А. Кацнельсона, Г.С.Кринчика.М.: Изд-во МГУ, 1982. 304 с.

  6. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. Справочник. М.: Изд-во МГУ, 1976. 140 с.

  7. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Физматгиз, 1961. 863 с.


Панова Татьяна Викторовна

Блинов Василий Иванович
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу «Рентгеноструктурный анализ»

Редактор

Подписано в печать Формат бумаги 6084 1/16

Печ.л. . Уч.-изд. л. . Тираж Заказ


Издательско-полиграфический отдел ОмГУ

644077, Омск - 77, пр. Мира 55-а, госуниверситет

Похожие:

Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconУчебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Рентгеноструктурный анализ"
Панова Т. В., Блинов В. И. Определение параметров элементарной ячейки кристаллов: Учебно-методические указания к выполнению лабораторной...
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconУчебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Рентгеноструктурный анализ»
Панова Т. В., Блинов В. И. Определение индексов отражающих плоскостей: Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы...
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconУчебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Рентгеноструктурный анализ» омск
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Рентгеноструктурный анализ". Омск, 2004. 22с
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconУчебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Рентгеноструктурный анализ» омск 2004
Панова Т. В., Блинов В. И., Ковивчак В. С. Определение внутренних напряжений в металлах
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconУчебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу "Рентгеноструктурный анализ"
Панова Т. В., Блинов В. И., Ковивчак В. С. Определение периодов решетки мартенсита и содержания в нем углерода
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconМетодические указания по выполнению лабораторной работы Братск Издательство Братского государственного университета 2011 удк 540
Донская Т. А., Космачевская Н. П., Варфоломеев А. А. Бесстружковый анализ сплавов : метод указания по выполнению лабораторной работы....
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconМетодические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Эконометрика»
Методические указания предназначены для студентов очной формы обучения специальности «Прикладная информатика (в менеджменте)», изучающих...
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconМетодические указания по выполнению лабораторной работы №3 " Заполнение контуров" по курсу
Целью данной лабораторной работы является ознакомление с различными алгоритмами заполнения (заливки) контуров. Материал методических...
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconМетодические указания к лабораторной работе по курсу
Параметрическая оптимизация радиоэлектронных схем: методические указания к лабораторной работе по курсу Компьютерный анализ электронных...
Учебно-методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу \"Рентгеноструктурный анализ\" iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по курсу Криминалистика
Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Криминалистика». – М.: Импэ им. А. С. Грибоедова, 2005. – 8 с
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org