Те­о­ре­ти­ч­ні ві­до­мо­с­ті

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

ОДЕРЖАННЯ ТА РОЗРАХУНОК РЕНТГЕНОГРАМ ПОЛІКРИСТАЛІВ МЕТОДОМ ДЕБАЯ

Мета роботи: вивчити схему ходу променів при зйомці полікристалів за методом Дебая. Ознайомитись з будовою та схемами зйомки в камері Дебая.

Те­о­ре­ти­ч­ні ві­до­мо­с­ті

В метод Дебая-Шерера (метод полікристалів, метод порошків) застосовуються зразки з полікристалічної речовини або порошку, що складається з великого числа дрібних (менше 10^{-2 мм})кристалітів (зерен), що мають довільну орієнтацію в просторі. При опроміненні таких зразків монохроматичним або характеристичним рентгенівським випромінюванням виникає виразний інтерференційний ефект у вигляді системи коаксіальних конусів з кутами при вершині 4q, віссю яких є первинний промінь (рис. 4.1).

 

Рис. 4.1 – Схема формування конусів дифракції при розсіюванні рентгенівських променів полікристалом

Рентгенівська камера – це пристрій, який дозволяє реєструвати на плівці дифракційні рентгенівські максимуми.

В залежності від завдань

дослідження застосовують різні типи камер.

Для фазового аналізу та інших звичайних робіт використовують циліндричні камери діаметром 57,3; 86,0 та 114,6 мм,іноді також застосовують камери великих діаметрів (143,2 або 190 мм). На рис. 4.2 показана рентгенівська камера загального призначення — камера Дебая-Шерера (РКД) (діаметр 57,3 мм).

Будова камери Дебая-Шерера. Камера Дебая-Шерера складається з циліндричного корпусу, в центрі якого розміщений тримач для зразка (шайба на магніті). З одного боку камери розташований вхідний отвір (коліматор) для проходження рентгенівських променів в середину, оснащений двома діафрагмами, а з протилежного боку – вихідний отвір (тубус) для виходу невикористаного первинного випромінювання.

Рис. 4.2 – Загальний вигляд рентгенівської камери Дебая-Шерера (РКД)

Камера закріплена на трикутній основі, кожна з трьох ніжок якої являє собою гвинт (для настройки камери перед первинними рентгенівським пучком). Також на камері є лімб, за допомогою якого можна розташовувати зразок під різними кутами до рентгенівського променя. Зйомка в камері РКД здійснюється на гнучку плівку, вигнуту за циліндричною поверхнею. Рентгенограми від полікристалів являють собою попарно симетричні дуги, відстань між якими пропорційна кутам ковзання. Під час роботи камера рентгенівська щільно закривається кришкою з метою запобігання засвічування плівки.

Зйомка в камері Дебая. Вісь циліндра, по якому розташовується фотоплівка, перпендикулярна до первинного пучка (рис. 4.3). При цьому типі зйомки дифракційні конуси, перетинаючись з фотоплівкою, утворюють криві четвертого порядку. Окремим випадком такоъ кривої може бути пряма, яка відповідає куту відбиття q = 45°. Кут q обчислюється з заміру відстаней між лініями 2L, що відповідають одному і тому ж інтерференційному конусу, за співвідношенням:

2L = 4q R; q⁰=(L /2R)(180⁰ /p) (4.1)

де R — радіус циліндричної касети, за якою розташовувалася фотоплівка.

	1 — зразок; 2— плівка; 3— інтерференційна лінія
Рис. 4.3 – Зйомка на циліндричну плівку

Існують 3 методи зйомки на фотоплівку в циліндричній камері:

1) пряма – краї плівки знаходяться біля вхідного отвору, на рентгенограмі лінії на малих кутах знаходяться біля центру фотоплівки та збільшуються до країв (рис. 4.4 а);

2) обернена – краї плівки знаходяться біля вихідного отвору, на рентгенограмі лінії на малих кутах знаходяться біля країв фотоплівки та збільшуються до її центру (рис. 4.4 б);

3) асиметрична – краї плівки знаходяться біля перпендикуляру до первинного променя, на рентгенограмі лінії на малих кутах знаходяться біля вихідного отвору, на великих кутах – біля вхідного (рис. 4.4 в).

а

б

в

Рис. 4.4 – Методи зйомки в рентгенівській камері Дебая:

а – пряма; б – обернена; в – асиметрична

Недоліком такого способу зарядки є те, що в процесі фотообробки плівка скорочується по довжині, внаслідок чого спотворюється інформація про відстань між лініями. При розрахунку рентгенограми слід використовувати не значення діаметру камери, по якому розташовувалася плівка під час зйомки, а деяку величину D _еф.

Для цього на рентгенограмі заміряють відстань Н та В між симетричними лініями. Ефективний діаметр рентгенограм визначають із співвідношення

Н + В = p D_еф

D_еф = (Н + В) / p (4.2)

Іноді виникає необхідність провести рентгенофазний аналіз зразків, з яких дуже важко (або не можливо) виготовити циліндричний стовпчик діаметром до 1 мм. Існує спеціальний пристрій для зразків плоскої форми для дебаєвської камери. В цьому випадку можна отримати однобічну рентгенограму, оскільки нижня частина “конусів” буде поглинатися зразком. Щоб виміряти таку рентгенограму треба мати позначку, яка б відповідала центру рентгенограми. Для цього перед початком зйомки необхідно повернути зразок паралельно пучку і ввімкнути рентгенівське випромінювання на 1 – 2 с. На рентгенівській плівці буде отримана риска, яка відповідає центру рентгенограми. Потім зразок повертають на потрібний кут та проводять зйомку. При зйомці від плоского зразка не всі лінії на рентгенограмі однаково сфокусовані (не чіткі, розмиті).

Виготовлення зразків. Для дослідження методом порошків готують зразки двох типів: у вигляді “стовпчиків” або “шліфів”.

Зразки типу “шліф” мають плоску або циліндрову поверхню.

1) На відміну від металографічного шліфа ці зразки піддають досить грубій механічній обробці з подальшим зтравлюванням наклепаного шару на глибину 0,15—0,2 ммшляхом хімічного або електролітичного травлення (рис. 4.5 а).

а	б	в
Рис. 4.5 – Виготовлення зразків типу “шліф”: а – масивний зразок; б – зразок з порошкового матеріалу на підкладинці: 1 – металевий порошок; 2 – клейка речовина; 3 – підкладинка; в – зразок з порошкового матеріалу у кюветі: 1 – суміш металевого порошку з клейкою речовиною; 2 – кювета

2) У деяких випадках зразки типу “шліф” виготовляють з порошку. З цією метою використовують шматочок картону або оргскла, змащений цапонлаком або бакелітовим лаком. Цей шматочок накладають на заздалегідь вирівняну поверхню порошку. Надлишок порошку струшують. При такому способі важко одержати зразки рівномірної товщини (рис. 4.5 б).

3) Більш однорідні зразки одержують набиванням порошку, перемішаного з невеликою кількістю в’яжучої речовини (краще з рамзаєвською мастикою), у форму з оргскла з заглибленням 0,8—1,0 мм (рис. 4.5 в).

Зразки типу “стовпчик” мають діаметр 0,2—1,0 ммі можуть виготовлятися з дроту завдовжки 5—15 ммабо з порошку із застосуванням одного з трьох способів.

1) Нанесення на скляну нитку. На тонку скляну нитку діаметром 0,2—0,3 ммнаносять тонкий шар цапонлаку і потім занурюють в порошок, насипаний на скляну пластинку. Налиплі на нитку частинки порошку ущільнюють, обережно підкочувавши зразок пальцем по скляній пластинці. Після висихання шару операцію повторюють, поки на нитці не утворюється шар бажаної товщини. Недоліком методу є те, що зразки одержують різного діаметру, і тому ускладнюється внесення поправки на поглинання при розрахунку рентгенограм (рис. 4.6 а).

2) Наповнення тонкостінного капіляра.Досліджуваний матеріал перетворюють на порошок: метали обпилюють дрібним напилком, крихкі речовини розтирають в агатовій ступці. Порошок просівають крізь дрібне сито. Порошок пластичних матеріалів потрібно після приготування відпалювати для зняття внутрішньої напруги, що виникла в результаті обпилювання. Відпал порошку проводять у відкачуваній кварцевій ампулі; температура відпалу залежить від матеріалу. Для набивання застосовують капіляри, виготовлені з целулоїду, кварцу або прозорого для рентгенівських променів боролітієвого скла. Недоліком капілярів є те, що їх стінки, розсіюючи рентгенівські промені, дають на рентгенограмах помітний фон (рис. 4.6 б).

3) Наповнюють тонкостінний капіляр сумішшю металевого порошку з в’яжучою речовиною та виштовхують назовні. Зйомку проводять, направляючи пучок випромінювання на отриманий стовпчик. Цей спосіб виготовлення є оптимальним але для виготовлення зразків важливо правильно підібрати концентрацію металевого порошку та в’яжучої речовини (рис. 4.6 в).

а	б	в
Рис. 4.6 – Виготовлення зразків типу “стовпчик”: а – нанесення на скляну нитку: 1 – металевий порошок; 2 – клейка речовина; 3 – скляна нитка; б – метод тонкостінного капіляра: 1 – металевий порошок; 2 – тонкостінний капіляр; в – з застосуванням капіляра: 1 – суміш металевого порошку з клейкою речовиною; 2 – капіляр

Вимірювання та розрахунок рентгенограм, отриманих

від полікристалів

Вимірювання рентгенограм може здійснюватися з похибкою до 0,2 мм за допомогою масштабної лінійки.

Порядок розрахунку рентгенограм:

· нумерація ліній на рентгенограмі в порядку зростання кутів q;

· визначення інтенсивності дифракційних ліній;

· вимірювання відстаней між попарно симетричними дугами 2L_вимір., мм;

· знаходження кута q за формулою _вимір (при діаметрі камери 57,3 мм);

_· внесення поправки на поглинання в зразку за формулою

Dr = r (1 + cos2q), де r – радіус зразка, мм;

_· знаходження значення 2L_іст. за формулою 2L_іст.=2L_вимір.- Dr; _.

· визначення істинного кута q_іст. (L_іст.»q_іст);

· визначення sinq_a від істинного кута, а також sinq_b, користуючись співвідношенням sinq_a / sinq_b =l_a /l_b =1,09;

· розділ ліній на a та b (шукають збіг значень sinq_b з sinq_a, а також виконання умов q_a>q_b; інтенсивність a -ліній у 5-6 разів більше інтенсивності b -ліній);

· визначення міжплощинної відстані d/n з формули Вульфа-Бреггів 2dsinq=nl для a -ліній;

· при збігу розрахованого значення (d/n)_і та І_і зі значеннями, наведеними в таблицях знаходять шукану речовину (фазу).

Всі виміряні та розраховані значення заносять до таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 – Розрахунок рентгенограми, знятої в камері Дебая-Шерера

№ лінії

І

2L, мм

qвимір.,^0

Dr, мм

2Lіст., мм

qіст.,^0

sinqa

sinqb

a,b

d/n

Елемент

HKL

d/n

І

Дата добавления: 2015-10-28