二维X射线衍射仪(XRD2)在金属织构测量上的应用

二维 x射线衍射仪 ( R 2 X D)在金属织构测量上的应用质量检验中心摘要

彭

真

x射线衍射是目前材料科学领域研究工作中的一种重要的技术和手段。本文主要介绍了

二维 X射线衍射仪 ( R 2的工作原理以及这一先进测量技术在金属织构研究中的应用。 X D)

1引言 德国物理学家克尼普在研究铂的 x射线衍射花样特征时，次提出了晶粒择优取首

2二维 x—R y衍射仪 ( R 2及其 a X D)工作原理2 1测量织构的 XR 2的介绍 . D

向分布的设想。而自从 1 3 9 7年戈斯发现硅钢片中导磁性能的各向异性以来，构就被织作为一门子学科被广大科研工作者进行研究。织构使多晶聚合体中晶粒取向不再呈统计均匀分布，致材料在力学性能、理导物

在 X射线衍射中，数据的采集和分析主要是基于点探测器或位敏探测器 ( S所扫描到 P D)

的衍射空间。因此，传统 X D应用都是以传统 R的点探测器做一维射线收集，如物相鉴定、织构 (取向)残余应力、、晶粒尺寸、点阵常数等。 二维面探测器的出现大大的推进了探测技术的发展。二维面探测技术 ( D )不 XR 2并

性能和化学性能等宏观性能上表现出各向异性。由于晶体材料织构的普遍性以及它对材料性能的重要影响，些年来许多国家这投人了大量的精力从事这方面的开发研究， 并取得了显著的成果。这些成果又以非常

是简单地沿袭了传统的一维衍射理论，它是种建立在新方法上的新技术。因为它所采一

集的数据更加丰富，以有必要提出一种新所

快的速度转化为生产力，用于新材料的生应产中。例如超深冲钢板、一代优质硅钢新

的概念来理解和诠释 X D R 2的衍射数据。22 R 2的二维衍射模式与衍射的主要构件 . X DX D是进行微观结构分析的主要手段。 R

板，导体薄膜、半电容器铝箔、导材料、超新型稀土永磁材料和磁致伸缩材料等产品的出现或日趋成熟。 金属材料的织构对加工过程是很敏感

当一束单色 x射线照射在样品上的时候，除了发生吸收之外，可观察到散射

x射线的还

的，料形成的过程和环境不同，材故织构的类型和强度亦各种各样。要对材料织构进行具体研究，必须先测量材料中的织构，进行就并分析。对于织构的测量可以通过多种直接或间接的方法来实现，接的可以通过 x射线直

波长与入射 x射线相同，之为相干散射。称 不同的原子和不同的原子排列周期性， x射线的强度和空间分布就形成了一个特定的模

式，而各种模式反映出来的各种不同的信息就用以研究材料的结构。

衍射仪织构附件来获得极图、极图和 O F反 D数据来进行分析；间接的可以通过透射电镜

获得衍射照片，后进行衍射花样分析。其然

中运用二维 x射线衍射仪( R 2来测量材 X D)料的织构是目前先进的主要测量方法之一。

图晶多的射祷模 1单和晶 X线 式

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图 1给出了单晶和多晶的不同衍射模

可获得多张极图数据。

式，从单晶 ( 1 )图 a中散射出的每条离散的衍

射线与一个晶面组对应。对于多晶材料 (图1,向分布多样化的晶粒被 x射线扫过， )取

衍射线就会形成一系列的连续程度不同的衍射圆锥，每一个圆锥都对应了所有参与了衍射的晶粒的某一个晶面族。多晶材料可以是

单相，相，可以是块状，片状或液态。多也薄 实际上， R 2技术的应用并不只是局限在 XD多晶材料，可以是单晶混合物，晶及无定还多形材料。一

图 3点探测、S、D探测器德拜环测量的比较 P D2

从图 3可以看出 2探测器探测速度 D

快，而且可以测量到衍射仪平面外的衍射信息。

种典型的二维 x射线衍射系统至少2 4二维 x射线衍射系统中的几何学布置 . X D R 2系统有三个不同的坐标空间组成，一个空问都由一系列参数定义。这三每个空间分别是：衍射空间、测空间及样品空探

包括一个二维探测器、射线源、射线狭 X x缝、品台、样样品调整与监控装置以及相应的计算机数据还原与分析软件，如图 2所示。

间。每个空间由一组参数定义，考坐标系参统 x Y z.三个子空间的基础，个子空 。是三系统

间相互关联

。

图 2二维 X射线衍射系统的 5个主要组成部分

2 3传统 X D和 X D . R R 2的比较传统 X D技术的测量主要是通过对背 R射圆锥 ( 0 9。)透射圆锥 ( 0> 0 ) 2<0和 2 9。来进行测量的。传统衍射计限制在一个平面内，点探测器沿着探测圆作 2 O扫描。在传统方法中，由于沿垂直于探测平面的 z方向的衍射没有考虑， x射线一般沿 z方向线聚而图 4衍射空间的衍射 J N L

参考坐标系中衍射圆锥的几何学定义如

图 4所示， . 类似于传统的三圆或者四 x. Z. Y圆衍射仪。人射 x射线沿 x .播，朝上， 传 z 与Y构成右手直角坐标系统。X是圆锥。也

焦，以传统衍射仪的衍射花样只是沿 z方所向在衍射束尺寸范围内的平均值，探测平在

的旋转轴。圆锥的顶角由布拉格方程给出的决定。对于前反射 ( 0 0顶角为 2 2≤9。) o的两倍，反射 ( 0≥9。) 10背 2 0为 8。一2 0的两

面之外的衍射数据没有测到，以相应的结所构信息也被忽略了，因而就不可避免地带来了系统误差。传统衍射花样由点探测器或位

倍。角可以根据右手法来确定。— 0系 2

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