XRD 即X-ray diffraction 的縮寫,中文翻譯是是X射線衍射,通過對材料進(jìn)行X射線衍射,分析其衍射圖譜,獲得材料的成分、材料內(nèi)部原子或分子的結(jié)構(gòu)或形態(tài)等信息的研究手段。用于確定晶體的原子和分子結(jié)構(gòu)。其中晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致入射X射線束衍射到許多特定方向。分析原理:讓一束單色X 射線轟擊樣品的部分,X 射線被樣品內(nèi)的晶面反射,一部分則直接透過標(biāo)本,反射的X 射線會形成一種與樣品的物質(zhì)內(nèi)晶體構(gòu)造密切相關(guān)的衍射圖形。即在X 射線對樣品的輻射下,X射線通過晶體會引發(fā)各種元素X 射線的發(fā)生,各散亂線間相互干涉,發(fā)生衍射現(xiàn)象。通過對衍射現(xiàn)象進(jìn)行分析,就可以獲得有關(guān)構(gòu)成物質(zhì)的原子的排列、化合物的形態(tài)、結(jié)晶物質(zhì)的物相的信息資料。X射線衍射儀技術(shù)可以獲得材料的晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶狀態(tài)等參數(shù),這些材料包括金屬材料和非金屬材料,大致如下:X 射線衍射技術(shù)可以分析研究金屬固溶體、合金相結(jié)構(gòu)、氧化物相合成、材料結(jié)晶狀態(tài)、金屬合金化、金屬合金薄膜與取向焊接金屬相、各種纖維結(jié)構(gòu)與取相、結(jié)晶度、原料的晶型結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、金屬的氧化、各種陶瓷與合金的相變、晶格參數(shù)測定、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、納米材料粒度、礦物原料結(jié)構(gòu)、建筑材料相分析、水泥的物相分析等。非金屬材料的X射線衍射技術(shù)可以分析材料合成結(jié)構(gòu)、氧化物固相相轉(zhuǎn)變、電化學(xué)材料結(jié)構(gòu)變化、納米材料摻雜、催化劑材料摻雜、晶體材料結(jié)構(gòu)、金屬非金屬氧化膜、高分子材料結(jié)晶度、各種沉積物、揮發(fā)物、化學(xué)產(chǎn)物、氧化膜相分析、化學(xué)鍍電鍍層相分析等。XRD可以測量塊狀和粉末狀的樣品,對于不同的樣品尺寸和樣品性質(zhì)有不同的要求,下面對分別對其作簡要的介紹:
對于非斷口的金屬塊狀試樣,需要了解金屬自身的相組成、結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí),應(yīng)該盡可能的磨成平面,并進(jìn)行簡單的拋光,這樣不但可以去除金屬表面的氧化膜,也可以消除表面應(yīng)變層。然后再用超聲波清洗去除表面的雜質(zhì),但要保證試樣的面積應(yīng)大于10mm*10mm,因?yàn)閤rd是掃過一個(gè)區(qū)域得到衍射峰,對試樣需要一定的尺寸要求。
對于薄膜試樣,其厚度應(yīng)大于20nm,并在做測試前檢驗(yàn)確定基片的取向,如果表面十分不平整,根據(jù)實(shí)際情況可以用導(dǎo)電膠或者橡皮泥對樣本進(jìn)行固定,并使樣品表面盡可能的平整。
對于片狀、圓柱狀的試樣會存在嚴(yán)重的擇優(yōu)取向,造成衍射強(qiáng)度異常,此時(shí)在測試時(shí)應(yīng)合理的選擇響應(yīng)方向平面。
對于斷口、裂紋的表面衍射分子,要求端口盡可能的平整并提供斷口所含元素。
對粉末樣品進(jìn)行X射線粉末衍射儀分析時(shí),適宜的晶粒大小應(yīng)在320目粒度(約40um)的數(shù)量級內(nèi),這樣可以避免衍射線的寬化,得到良好的衍射線。在X射線衍射時(shí),雖然樣品平面不與衍射儀軸重合、聚焦圓相切會引起衍射線的寬化、位移及強(qiáng)度發(fā)生復(fù)雜的變化,但在實(shí)際試驗(yàn)中,如要求準(zhǔn)確測量強(qiáng)度時(shí),一般首先考慮如何避免擇優(yōu)取向的產(chǎn)生而不是平整度。
圖7 (來源:education.mrsec.wisc.edu)使樣品粉末盡可能的細(xì),裝樣時(shí)用篩子篩入,先用小抹刀刀口剁實(shí)并盡可能輕壓等等。
把樣品粉末篩落在傾斜放置的粘有膠的平面上通常也能減少擇優(yōu)取向,但是得到的樣品表面較粗糙。
通過加入各向同性物質(zhì)(如 MgO,CaF2等)與樣品混合均勻,混入物還能起到內(nèi)標(biāo)的作用。
對于具有十分細(xì)小晶粒的金屬樣品,采用形變的方法(碾、壓等等)把樣品制成平板使用時(shí)也常常會導(dǎo)致?lián)駜?yōu)取向的織構(gòu),需要考慮適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚怼?/p>

研磨(球墨)和過篩:對固體顆粒采用研缽(球磨機(jī))進(jìn)行研磨,一般對粉末進(jìn)行持續(xù)的研磨至<360目的粉末,手摸無顆粒感,認(rèn)為晶粒大小已經(jīng)符合要求。1、在研磨過程中,需要不斷過篩,分出已經(jīng)細(xì)化的顆粒。2、對于軟而不便于研磨的物質(zhì),可采用液氮或干冰使其變脆,在進(jìn)行研磨。3、有些樣品需要用整形銼刀制得金屬細(xì)屑,此時(shí)需要對制得的挫屑進(jìn)行退火處理消除銼刀帶來的點(diǎn)陣應(yīng)力。
涂片法:把粉末撒在一片大小約 25×35×1mm3的顯微鏡載片上(撒粉的位置要相當(dāng)于制樣框窗孔位置),然后加上足夠量的丙酮或酒精(假如樣品在其中不溶解),使粉末成為薄層漿液狀,均勻地涂布開來,粉末的量只需能夠形成一個(gè)單顆粒層的厚度就可以,待丙酮蒸發(fā)后,粉末粘附在玻璃片上,可供衍射儀使用,若樣品試片需要永久保存,可滴上一滴稀的膠粘劑。壓片法:如圖8把樣品粉末盡可能均勻地灑入(最好是用細(xì)篩子—360目篩入)制樣框的窗口中,再用小抹刀的刀口輕輕剁緊,使粉末在窗孔內(nèi)攤勻堆好,然后用小抹刀把粉末輕輕壓緊,最后用保險(xiǎn)刀片(或載玻片的斷口)把多余凸出的粉末削去,然后,小心地把制樣框從玻璃平面上拿起,便能得到一個(gè)很平的樣品粉末的平面。注意事項(xiàng):涂片法采用樣品粉末量最少,根據(jù)實(shí)際粉末量多少選擇不同的方法。
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