中南大學X射線衍射實驗報告學院材料科學與工程專業 材料學姓名學號 同組者實驗日期2010年11月 日指導教師 黃繼武評分分評閱人 評閱日期實驗一儀器操作與定性分析一、實驗目的掌握X射線衍射物相定性分析的原理和實驗方法熟悉PDF卡片的查找方法和物相檢索方法二、實驗原理任何一種甕晶物質 特宇的晶陣結構（包括結構類型、晶胞的形狀和大小、晶胞（包括單質元素、固溶體■吃涵知| 中原孑、離子或分孑的品洲、歉目和位置）特有的衍射花樣（衍射線的位置和強度）?.?X射線衍射譜，就如同人的指紋一樣，是每一種晶體物質的特征，是鑒別晶體物質的標志。如果將兩種或兩種以上的晶體物質混合在一起，則組成混合物的各相產生的衍射花樣是獨立的、機械疊加。分析標定計聳、根據衍射譜的特點 確定物相的晶體結構和相的種類一一就是定性分析的內容。前面所述的方法，對立方晶系較簡單，其它晶系則復雜了，且只能計算出晶體物質的晶體學參數，而物質是什么相，必須查對晶體學手冊?？梢钥闯觥?是仔細分析衍射譜 各衍射峰的分布和相對強度的變化 衍射譜的主J11對應、要特征標志 >物相的晶體結構由衍射線的分布一 20確定（2。與入射波長入及衍射面間距有關，波長一定時，由d可確定。，而d是晶體結構中一個重要參數）衍射線的積累強度取決于晶體的結構因子和多重性因子所以衍射譜上衍射線的分布及強度作為標定物相的主要依據是完全可行的。為了消除因采用不同入射線，波長對衍射線的位置（20）的影響，可將各衍射線的位置換算成衍射面間距（d=A/2sin0）也即，用d-1數據組作為定性相分析的基本判據。每一物相具有其特有的特征衍射譜，沒有任何兩種物相的衍射譜是完全相同的記錄已知物相的衍射譜，并保存為PDF文件從PDF文件中檢索出與樣品衍射譜完全相同的物相多相樣品的衍射譜是其中各相的衍射譜的簡單疊加，互不干擾，檢索程序能從PDF文件中檢索出全部物相三、 儀器與材料儀器：18KW轉靶X射線衍射儀1臺數據采集與處理終端與數據分析軟件MDIJADE：8臺（套）樣品：未知樣品4個四、 實驗步驟4.1測量數據（1） 打開X射線衍射儀（2） 準備樣品，按下“Door”按鈕，聽到報警（3） 向右拉開“常規衍射儀門”，裝好樣品（4） 向左輕拉“常規衍射儀門”，使之合上，注意合門時要保證不會撞動左邊的門（5） 打開“控制測量”程序，輸入實驗條件和樣品名，開始測量表1實驗參數設定：儀器掃描范圍掃描度電壓電流D/max2500型X射線衍射儀10-80Degree2degree/min40KV250mA4.2物相鑒定（1） 打開Jade，讀入數據文件，對圖譜去除背底、平滑、尋峰（2） 鼠標右鍵點擊S/M工具按鈕，進入對話界面，點Chemistry，進入元素限定對話框，選中樣品中的元素。然后點擊OK返回對話框，再點擊OK（3） 從物相匹配表中選中樣品中存在的物相（Al）;在所選定的物相名稱上雙擊鼠標，顯示PDF卡片，按下Save按鈕，保存PDF卡片數據

鼠標右鍵點擊“打印機”圖標，顯示打印結果，按下Print按鈕，開始打印物相分析結果以同樣的方法標定其它樣品的物相，物相鑒定完成。五、實驗結果已知MnO樣品是Mn的氧化物，經過定性分析和計算機檢索得出結果如下圖：200015002000150010005000-10 20 30 40 50 60 70 80Two-Theta(deg)從結果可以分析出樣品含有Mn2O3和Mn3O410dLtlh1cId7 SrT,2.12h2c2dRM.AFillerDirt,cutoffr/itCQii^ji/rcWi'. 3dATThkldATIhklSYS. S-Tr.a：brc., ACaPy ZRt-r. 4￡?n邸￡vSigh2V「Jm.p.Co]urRuf. 5996PDF卡片的內容：1a、1b、1c,三個位置上的數據是衍射花樣中前反射區(20<90°)中三條最強衍射線對應的面間距，1d位置上的數據是最大面間距。2a、2b、2c、2d，分別為上述各衍射線的相對強度，其中最強線的強度為100.實驗條件：Rad.一輻射種類(如CuKa);A一波長；Filter一濾波片；Dia.一相機直徑；Cutoff一相機或測角儀能測得的最大面間距；Coll-光闌尺寸；I/I1-衍射強度的測量方法；dcorr.abs.?—所測值是否經過吸收校正；Ref—參考資料晶體學數據：Sys.—晶系；S.G一空間群;a0、b0、c0,a、8、Y—晶胞參數；A=a0/b0,C=c0/b0；Z—晶胞中原子或分子的數目；Ref—參考資料。光學性質：￡a>nwp、￡Y—折射率；Sign—光性正負；2V一光軸夾角；D—密度；mp—熔點；Color一顏色；Ref—參考資料。試樣來源，制備方法；化學分析，有時亦注明升華點(S.P.),分解溫度(D.T.),轉變點(T.P.)，攝照溫度等。物相的化學式和名稱。在化學式之后常有一個數字和大寫英文字母的組合說明。數字表示單胞中的原子數；英文字母表示布拉菲點陣類型：C—簡單立方；B—體心立方;F—面心立方；T—簡單正方；U—體心正方；R一簡單菱方；H一簡單六方；O簡單斜方；Q—底心斜方；S一面心斜方；M一簡單單斜；N一底心單斜；Z一簡單三斜。礦物學名稱。右上角的符號標記表示：大一數據高度可靠；i一已指標化和估計強度，但可靠性不如前者；O—可靠性較差；C一衍射數據來自理論計算。晶面間距，相對強度和干涉指數?？ㄆ捻樞蛱柫⒎治雠c討論6.1定性相分析的基本判據：通常用d(晶面間距表征衍射線位置)和I(衍射線相對強度)的數據代表衍射花樣。用d-I數據作為定性相分析的基本判據。定性相分析方法是將由試樣測得的d-I數據組與已知結構物質的標準d-I數據組(PDF卡片)進行對比，以鑒定出試樣中存在的物相。6.2多相合金樣品的物相定性分析中存在的困難：實驗測定的衍射數據和粉末衍射卡記載的數據都有誤差，這給物相鑒定帶來困難。因影響線條強度的因素較位置的因素復雜得多，故在分析時應更更視面間距數據的吻合。當混合物中某相的含量很少時或某相各晶面反射能力很弱時，它的衍射線條可能難于顯現因此X射線衍射分析，只能肯定某相的存在，而不能確定某相的不存在在。

實驗二定量分析一、實驗目的掌握多相樣品X射線衍射強度與物相含量的關系熟悉X射線衍射法測量物相含量的實驗方法二、實驗原理物相定量分析一一絕熱法在一個含有N個物相的多相體系中，每一個相的RIR值（參比強度）均為已知的情況下，測量出每一個相的衍射強度，可計算出其中所有相的質量分數：其中某相X的質量分數可表示為：Kx尹aKii=AA式中A表示N個相中被選定為內標相的物相名稱式中KxAKxAA/2O3KaAl2O3右邊是兩個物相X和A的RIR值，可以通過實測、計算或查找PDF卡片獲得樣品中只含有兩相A和B，并選定A為內標物相，則有：w=—L—a『ia+~KbAw=—IB——=1-wBI+IKb ABAA三、操作步驟打開樣品文件，并鑒定出物相。選擇物相時選擇有RIR值的卡片。按住鼠標左鍵，拖過兩相最強峰的區域，使窗口中只顯示兩個相的主峰。鼠標單擊工具欄中的從，擬合兩相的主峰，以得到兩相的衍射強度。選擇菜單"Options-EasyQuantitative”，打開定量分析窗口。單擊“CalcWt%”按鈕。計算物相的含量。單擊“SaveGraph”，將屏幕圖形保存成一個圖片文件。四、實驗結果XRD衍射分析譜=|Smithsonite-Zn(CO3)<Wt%=97.8(10.4)>」Quartzlow,dauphinee-twinned-SiO2<Wt%=2.2(0.2)>97.8(10.4)%/~2.2(0.2)%i ，QuantitativeAnalysisfromP^file-FittedPeaks定量分析USER:AdministratorJADE:QuantitativeAnalysisfromProfile-FittedPeaksDATE:Monday,Nov15,201011:29aFILE:[ZnCO3+SiO2.raw]SCAN:10.0/80.0/0.02/.15(sec),Cu(40kV,250mA),I(max)=3443,11-19-0814:49PROC:[NewQuantitativeAnalysis]PhaseID(2)ChemicalFormulaRIRDxMACLACSmithsoniteZn(CO3)4.174.43436.28160.9Quartzlow,dauphinee-twinnedSiO24.112.63534.4590.8Wt%Wt(n)%Vol(n)%#LI%-I(r){Area}{Height}97.8(10.4)97.8(10.4)96.3(14.2)10.030560(1491)2132(71)2.2(0.2)2.2(0.2)3.7(0.5)10.0692(65)88(5)分析結果:物相名稱擬合強度RIR值質量分數（wt%）Zn(CO3)30560(1491)4.1798.0SiO2692(65)4.112.3五、分析與討論分析衍射強度與樣品的哪些因素有關：合金樣品的厚度，表面形貌。試片裝上樣品臺后其平面必須能與衍射儀軸重合，與聚焦圓相切。粉末樣品的顆粒大小。粉末必須足夠細小才能滿足試樣受光照體積中晶粒的取向是完全機遇的，并抑制由于晶癖帶來的擇優取向。樣品本身處理工藝造成的的影響，包括形成固溶強化，織構等對衍射強度的影響。絕熱法定量分析的特點：絕熱法是在K值法的基礎上提出。即不與系統以外發生關系。用試樣中的某一個相作標準物質。特點：（1）不需要向試樣中摻入內標物質，減少實測工作麻煩；（2）既適用于粉末試樣，也適用于整體試樣；（3）不能測定含未知相的多相混合試樣。實驗三精確測量點陣常數(晶胞精修)一、 實驗目的：掌握精確測量合金點陣常數的實驗方法及數據處理方法。熟悉晶體結構參數精密化的原理與方法。了解X射線衍射法測量點陣常數的實驗誤差來源。二、 實驗原理：晶胞參數的計算：晶胞參數需由已知指標的晶面間距來計算，對立方晶系：a w— "\h2+k2+122sin(0)\'h2+k2+12晶胞參數的誤差：由上式可知，晶胞參數的誤差來源于對晶面間距d的測量誤差，即衍射角的測量誤差：X=—AOcot9d上式表明，相同衍射角測量誤差對d引起的誤差隨衍射角增大而減小晶胞參數的系統誤差：系統誤差主要是儀器本身的零點不準，樣品表面狀態引起的誤差。這些誤差可通過校正來消除。晶胞參數的精確測量方法：用標準物質校準儀器誤差，如在樣品粉末中加標準Si來校準譜線的衍射角。外推法精確計算點陣常數。根據衍射角與面間距誤差的關系，將衍射角外推到180。時，衍射角位置引起的誤差為0。結構精修：用一定的峰形函數對實驗數據進行擬合，使兩者的誤差達到最小。全譜擬合：Retiveld提出，采用一定的峰形函數對實驗數據擬合，通過不斷調整峰形函數和結構參數，使計算值一步一步地逼近實驗值，直到兩者的差值R最小。R=￡w(Y-Y)2式中wi 權重因子，wi=1/YiYoi,Yci——步進掃描第i步的實測強度和計算強度使R值最小的過程就是圖譜擬合過程。通過修正晶體結構參數，使擬合函數和由晶體結構計算出來的峰形函數吻合，就是晶體結構參數精密化過程。三、操作步驟

打開樣品文件，并鑒定出物相(Al)。按下從按鈕，軟件對圖譜進行函數擬合。擬合過程中，觀察R(擬合誤差)的變化甫=8E4松，重復步驟［2］，反復擬合幾次，直到R值不再變小。單擊option菜單下的Cel1Refinement...Shift+Ctrl+F3命令，彈出精修對話框。觀察精胞參數的原始值為4.0497,按下Refine按鈕，進行結構精修保存精修結果為Al-Zn-Mg-1.abc。四、實驗結果[AI-Zn-Mg-2.raw]SCAN:150/80.0/002/.15(sec),Cu(40kV,250mA)：l(max)二7236,03-31-0606:1599-0005>Al-Aluminum7000-34-0457>MgZn2-MagnesiumZinc7000-6000-5000-4000-3000-20001000-oUXRD衍射分析譜!=!Aluminum-Al<Wt%=89.7(31.7)>MagnesiumZinc-MgZn2<Wt%=10.3(3.6)>

定量分析精胞參數報告USER:AdministratorJADE:CellRefinementReportDATE:Wednesday,Nov17,201009:09aFILE:[Al-Zn-Mg-1.raw]SCAN:15.0/80.0/0.02/.15(sec),Cu(40kV,250mA),I(max)=12616,03-31-0606:26PEAK:45-pts/ParabolicFilter,Threshold=3.0,Cutoff=0.1%,BG=3/1.0,Peak-Top=SummitNOTE:Intensity=Counts,2T(0)=0.0(deg),WavelengthtoComputed-Spacing=1.54056?(Cu/K-alpha1)CellType=Cubic,Fm-3m(225)InitialCell=4.0494x4.0494x4.0494<90.0x90.0x90.0>RefinedCell=4.06082(0.000793):]Vol=66.96A"3,Density(c)=2.6761(ChemicalFormula=Al,Z=4.0)Two-ThetaErrorWindow=0.3(deg),ZeroOffset=0.0(deg),Displacement=0.0(deg)ESDofFit=0.0209(deg),|Delta2-Theta|=0.0171(deg),|Deltad|=0.00053(?),F(4)=58.4(4)IntensityWeighting=Sqrt(I%),Two-ThetaRange=15.0/80.0(deg),(x)OutlierRejection