 |
Экзаменационный билет № 1. 1. Рентгенофазовый анализ. Определение состава и степени кристалличности образующихся на поверхности фаз.
|
|
|
|
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1
1. Рентгенофазовый анализ. Определение состава и степени кристалличности образующихся на поверхности фаз.
Рентгенофазовый анализ основан на получении данных о химическом составе пробы на основании порошковой рентгеновской дифракции. Основной задачей рентгенофазового анализа (РФА) является идентификация различных фаз в их смеси на основе анализа дифракционной картины, даваемой исследуемым образцом. Определение вещества в смеси проводится по набору его межплоскостных расстояний и относительным интенсивностям соответствующих линий на рентгенограмме.
Когерентно рассеянные рентгеновские лучи интерферируют между собой, при этом дифракционной решеткой для рентгеновского излучения служит кристаллическая решетка, поскольку межплоскостные расстояния в кристалле сравнимы с длиной волны излучения.
Целью рентгенофазового анализа является идентификация вещества в смеси по набору его межплоскостных расстояний (d) и относительным интенсивностям (I) соответствующих линий на рентгенограмме. Теоретическим обоснованием РФА является условие Брегга — Вульфа.
Дифракция рентгеновского излучения – рассеяние рентгеновского излучения веществом без изменения его длины волны (рис. 1).
Осуществляется при прохождении рентгеновского излучения через кристаллы, которые играют роль трехмерной дифракционной решеткой, так как расстояния между рассеивающими центрами – атомами в узлах кристаллической решетки – одного порядка с рентгеновским излучением (1Å ). Отражение наблюдается лишь в тех направлениях, для которых разность хода волн, отраженных от двух соседних плоскостей, равно целому числу длин волн рентгеновского излучения. Это выражается уравнением Вульфа-Брэгга:
|
|
|
2d sinθ = n λ (n=1, 2, 3... ).
Где Ɵ – угол между падающим лучом и плоскостью отражения;
– целое положительное число (порядок отражения);
– длина волны рентгеновского излучения;
– межплоскостное расстояние.
Иначе говоря, если луч с длиной волны λ падает на совокупность атомных плоскостей, параллельных друг другу и отстоящих на расстоянии d, то он порождает дифрагированный луч под углом θ. Таким образом, плоские сетки в структуре кристалла (они соответствуют граням кристалла) при определенных углах падения способны «отражать» рентгеновские лучи. Эти «отражения» (точнее максимумы интенсивности дифрагированных лучей) регистрируются, эти дифрактограммы (лауэграммы и др. ) отображаютзакономерность и симметрию кристалла, дают возможность измерить межплоскостные расстояния d, углы между гранями и т. д. и, следовательно, диагностировать кристаллические вещества.
Рентгенофазовый анализ имеет ряд преимуществ, отличающих его от других методов анализа. К ним можно отнести сравнительную простоту анализа (для рентгенофазового анализа не требуется очень большой опыт работы в области минералогии или химического анализа), скорость выполнения анализа: получение дифрактограммы занимает не более 1 часа, а ее расшифровка от 30 минут до 4 часов, в зависимости от состава пробы и ее уникальности; широкий спектр определяемых минералов.
К недостаткам метода можно отнести высокий нижний предел обнаружения (чаще всего, содержания минералов менее 1% не подлежат количественным оценкам), наличие рентгеноаморфных минералов и сложности расшифровки минералов, у которых происходит наложение пиков.
2. Оптическая микроскопия. Принципиальная схема прибора. Подготовка образцов. Методика анализа микрофотографий.
|
|
|
Металлография является методом качественного и количественного исследования структуры металлов и сплавов. Качественные методы исследования структуры позволяют описать тип, форму, размер и взаимное расположение обнаруженных фаз и структурных составляющих.
Основные операции количественной металлографии – подсчет, измерение и классификация элементов, находящихся в поле зрения. Результатом могут быть, в частности, количественные параметры зерна или объемные доли различных фаз в структуре сплава.
Образцы для оптической микроскопии вырезают на специальных отрезных станках алмазными и эльборовыми кругами. Для резки твердых материалов рекомендуется использовать более мягкие отрезные круги, а для пластичного основного металла отрезные круги должны быть твердые.
Быстро и качественно пробы можно вырезать абразивно-проволочной пилой или электроискровым способом. Для предотвращения «завала» кромок и увеличения опорной поверхности поперечного шлифа рекомендуется заливать образцы легкоплавкими сплавами. Например, сплав Вуда (Bi, Pb, Sn, Cd) имеет температуру плавления Тпл =100° С, при добавке кадмия Тпл снижается до 68°С. Можно также использовать эпоксидные смолы, органическое стекло, полистирол. Образцы перед заливкой устанавливают в цилиндрических оправках высотой 10–20 мм и диаметром 20–30 мм.
Риски, оставшиеся от шлифования на последней шкурке, устраняют полированием. Хорошее качество образцов получается при использовании пасты ГОИ, в состав которой входят оксид хрома, стеарин, керосин, олеиновая кислота и сода. Полирование считается удовлетворительным, если при 300-кратном увеличении не видны риски.
Максимальное увеличение оптических приборов не превышает обычно 1500. В отдельных случаях при использовании ультрафиолетовых лучей или в иммерсионном режиме рабочее увеличение достигает 3000.
|
|
|
