 |
Тема 9. Рентгеноструктурные методы
|
|
|
|
Рентгеноструктурный метод основан на исследовании кристаллографического строения вещества (определение типа и характерных размеров кристаллической решетки и фазового состава металлов и сплавов) путем регистрации его дифракционной картины рентгеновского излучения. Исследование атомно-кристаллической структуры вещества позволяет определить влияние сварочных, термических или термомеханических процессов обработки металлов. Кристаллы вещества представляют собой естественные дифракционные решетки для рентгеновского излучения.
Объектами исследования являются фольга, металлографические микрошлифы и включения. Фольгу (0,01 – 0,1 мм) получают электролитическим травлением исследуемого объекта. Крупные включения, выделяемые электролитическим способом, исследуют непосредственно на шлифах, а мелкие прессуют со связующим в столбики цилиндрической формы диаметром 0,2 –1 мм или наклеивают на тонкие стеклянные нити. Их количество должно быть достаточным, чтобы получить четкую дифракционную картину.
Методы рентгеноструктурного анализа по способу регистрации излучения разделяют на рентгенографические и рентгенодифрактометрические.
Рентгенографический метод основан на регистрации дифракционных максимумов на рентгеновской пленке (рентгенограмме). Исследования проводят на установках рентгенографического структурного анализа, основными элементами которых являются рентгеновская трубка и рентгеновская камера для съемки рентгенограмм. В установках используют рентгеновские камеры с плоской пленкой и пленкой, изогнутой по внутренней цилиндрической поверхности камеры. Во входное отверстие (коллиматор) камеры устанавливают две сопряженные диафрагмы для формирования параллельного пучка. Съемку ведут при монохроматическом излучении.
|
|
|
В зависимости от объекта исследования используют методы «на просвет» и «на отражение».В методе «на просвет» в качестве объекта исследования используют фольгу или порошок из выделенных включений.
Измеряя расстояние между симметричными рефлексами, определить период кристаллической решетки и по справочным данных установить фазовый состав исследуемого вещества. В случае размытости нечеткости рефлексов, производят съемку объекта исследования с его вращением вокруг оси, перпендикулярной оси первичного пучка. При этом получают сплошные интерференционные кольца.
В методе «на отражение» в качестве объекта исследования используют микрошлиф или образец цилиндрической формы и цилиндрическую камеру, ось которой совмещают с осью вращения образца. Образец устанавливают в держателе гониометрического устройства, позволяющего точно измерять угол поворота образца (угол дифракции) относительно первичного пучка рентгеновского излучения. На рентгенограмме получаются интерференционные линии, расположенные на определенном расстоянии от центра в порядке возрастания угла дифракции.
Измеряя расстояние между двумя симметричными интерференционными линиями, определить период кристаллической решетки и по справочным данным идентифицировать исследуемую фазу (качественный фазовый анализ).
Измеряя интенсивность рефлексов и интерференционных линий с помощью микрофотометрического устройства и сравнивая их с интенсивностью рефлексов и линий от стандартного образца полученных на одной и той же рентгенограмме, можно провести количественный фазовый анализ.
К недостаткам рентгенографического метода относят длительность анализа и необходимость фотообработки пленки, а также ручную обработку информации.
|
|
|
Рентгенодифрактометрический метод основан на регистрации дифракционных максимумов с помощью детекторов рентгеновского излучения (счетчиков импульсов) и автоматической записи результатов анализа на бумажный носитель (дифрактограмма).
К счетчикам импульсов относят ионизационные и сцинтилляционные приборы. В счетчике ионизационого типа происходит ионизация газа и образующиеся ионы (при наличии потенциалов между электродами) создают импульсы тока, продолжительность которых определяется временем разряда. Величина импульса тока пропорциональна энергии рентгеновского кванта. В сцинтилляционном счетчике рентгеновские кванты, попадая на сцинтиллятор (кристаллофосфор), вызывают в нем вспышки - сцинтилляции видимого света (лат. scintillatio-мерцание), количество которых пропорционально энергии рентгеновского кванта. Импульсы тока поступают на устройство, регистрирующее количество импульсов, набранных за определенное время.
Приборы для рентгенодифрактометрического анализа называются рентгеновскими дифрактометрами. Они позволяют не только регистрировать дифракционные максимумы, но и определять количество исследуемого вещества (количественный фазовый анализ).
Управление дифратометром производится с помощью специального пакета программ, обеспечивающих автоматическую съемку рентгенограмм по точкам. При этом обеспечивается поворот образца и счетчика на заданный угловой интервал (шаг), автоматическое включение счетного устройства, регистрация угла поворота счетчика. Держатель образца и счетчик устанавливают в гониометрическом устройстве, приводимом в движение синхронным электродвигателем. Ось гониометрического устройства вертикальна и проходит через центр окружности, лежащей в горизонтальной плоскости.
Рентгенодифратометрический метод, по сравнению с электроннографическим и рентгенографическим методами позволяет, повысить чувствительность и точность измерения и исключить фотографическую и фотометрическую (измерение оптической плотности интерференционных линий) обработку пленки. Счетчик импульсов регистрирует в каждый момент времени интенсивность дифракционных максимумов в узком угловом интервале поворота объекта исследования. При этом вся дифракционная картина регистрируется последовательно, а не одновременно, как в рентгенографическом методе.
|
|
|
По изменению периода кристаллической решетки можно определить ее дефекты, тип твердого раствора, границы растворимости какого-либо химического соединения, состав напыленных поверхностных слоев и локальные внутренние напряжения в материале при упругой деформации.
Контрольные вопросы. Темы 7 – 9
1. Объясните цель электронномикроскопического анализа. Объясните особенности электронных микроскопов. Объясните свойства электронных лучей. Как разделяют методы электронной микроскопии?
2. Объясните сущность электронной просвечивающей микроскопии. Приведите схему и объясните особенности рассеяния электронов. Объясните особенности формирования изображения объекта в просвечивающей электронной микроскопии
3. Приведите схему просвечивающего электронного микроскопа. Как определяют увеличение электронного микроскопа? С какой целью используются гониометрическое устройство и ЭОП?
4. Приведите объекты исследования в просвечивающей электронной микроскопии. Объясните технологию изготовления тонких фольг. Что такое реплика? Приведите схему и объясните особенности получения угольной реплики.
5. Объясните особенности использования угольных реплик в просвечивающей электронной фрактографии. Приведите схему, объясните технологию получения и особенности оксидной реплики. Объясните недостатки электронной микроскопии и фрактографии.
6. Приведите типы растровых электронных микроскопов. Объясните особенности катодов растровых электронных микроскопов. Объясните особенности растровой отражающей электронной микроскопии.
7. Объясните работу системы управления растровых отражающих электронных микроскопов. Как формируется изображение? Объясните преимущество растровых отражающих электронных микроскопов?
8. Приведите схему растровых отражающих электронных микроскопов. Объясните особенности системы управления растровых отражающих электронных микроскопов.
|
|
|
9. Приведите технические преимущества современных растровых отражающих электронных микроскопов. Объясните особенности электронной фрактографии. С какой целью используют приставки в электронных микроскопах?
10. Объясните сущность электроннографического метода. Объясните его цель. Приведите схему электронографа. Что такое электронограма? Приведите объекты исследования в электронографии.
11. Что такое рефлексы? Приведите два вида электронограмм и объясните особенности электронографии монокристаллов.
12. Приведите условие образования рефлексов. Как идентифицируют исследуемую фазу? Что представляет электронограма поликристаллического образца?
13. Как разделяют методы электронографического анализа? Приведите объекты исследования в просвечивающей электронографии. Как их получают? Объясните преимущество просвечивающей электронографии.
14. Объясните особенности исследования и подготовки объектов в отражающей электронографии. Приведите схему и объясните особенности сканирования электронным лучом в отражающей электронографии. Объясните особенности отражающей электронографии и требования к подготовке образцов. Как проводят количественный анализ в электронографии.
15. Объясните сущность рентгеноструктурного анализа. Объясните его цель. Приведите объекты исследования. Как их получают? Как разделяют методы рентгеноструктурного анализа?
16. Объясните сущность рентгенографического метода. Приведите типы рентгеновских камер. Приведите схему и объясните особенности метода на просвет рентгенографического структурного анализа. Как определяют фазовый состав в методе на просвет?
17. Приведите схему и объясните особенности метода на отражение рентгеноструктурного анализа. Как определяют фазовый состав в методе на отражение? Как проводят количественный фазовый анализ?
18. Приведите недостатки рентгенографического метода. Объясните сущность рентгенодифрактометрического метода. Приведите дифрактограмму. Приведите типы и объясните работу счетчиков импульсов.
19. Что такое дифрактометр? Объясните особенности системы управления дифрактометром.
20. Объясните преимущества рентгенодифрактометрического метода. Приведите технические возможности рентгенодифрактометрического анализа.
|
|
|
