X射线粉末衍射仪测定材料热膨胀的方法

摘要

X射线粉末衍射仪测定材料热膨胀的方法。本发明是以直接测量高角区衍射峰为基础的：α

说明书

本发明是关于固体材料热物理测试方法的创新，属于测试技术领域。

传统的X射线衍射仪来测定材料的热膨胀方法是接线性热膨胀系数α的定义来处理的：

α＝(a_t2－a_t1)/a_t1(t₂－t₁)    (1)

(1)式中的a_t2与a_t1分别为温度t₂与t₁时所测得的点阵参数，线性热膨胀(％)是(a_t2－a_t1)/a_t1。采用基于α的定义的这类传统技术，为了找到每个温度所对应的点阵常数的绝对值，就必须用五个以上的不同的衍射角来进行图解外推或数据的最小二乘法处理，例如1987年GB8360—87号中华人民共和国国家标准中规定图解外推必须用五个以上不同的衍射角。图解外推法固然可消除许多系统误差，但是有一部分系统误差是不知道的而且是不能用图解外推法加以消除的，因此，采用传统技术既费时又不准确。且(1)式应用于X射线单晶衍射仪只能测单晶的热膨胀，应用于X射线粉末衍射仪只能测粉晶的热膨胀。同种材料在单晶状态与粉晶状态的α值是否相同，传统技术一直解决不了。

本发明的目的在于提供一种准确度高、简便、省时省力的X射线粉未衍射仪测定材料热膨胀的方法。

本发明是以直接测量高角区衍射峰为基础的：

α_测量＝(-COtθ₁)(θ₂－θ₁)/(t₂－t₁)＝[-COt(2θ₁/2)]

         (2θ₂－2θ₁)/2(t₂－t₁)    (2)

(2)式中的2θ₁与2θ₂分别为温度t₁与t₂时所测得的衍射角。线性热膨胀(％)是(-Cθtθ₁)(θ₂－θ₁)或[-COt(₂θ1/2)(2θ₂－2θ₁)/2]。

本发明由于当角度的测量条件都相同的时候，所有那些固定的而且跟不同温度无关的系统误差均已由因子(θ₂－θ₁)或(2θ₂－2θ₁)消除，加上每个α值仅用两个衍射角(2θ₁与2θ₂)，因此，测量与计算就更容易而且费时少，最后结果的准确度比传统技术高五倍以上。且(2)式应用于常规的X射线粉末衍射仪可完美地解决同种材料在单晶状态与在粉晶状态的α值是否相同的问题。

本发明的方法实施要点是：

1、非线性系数的测定与选用

非线性系数β、γ、δ等等的测定与选用的依据公式是

[-COt(2θ₁/2)](2θ₂－2θ₁)/2＝α(t₂－t₁)＋β(t₂

－t₁)²＋γ(t₂－t₁)³＋δ(t₂－t₁)⁴＋…

2、选择精度高[Δ(2θ)小于0.0025°]而且2θ角越接近180°越好的测角仪，其依据是由(2)式可得的(3)式，即

Δα_测量＝[CSC²(2θ₁/2)](2θ₂－2θ₁)Δ(2θ₁)/4(t₂－

            t₁)＋[-COt(2θ₁/2)][Δ(2θ₂)－Δ(2θ₁)

            /2(t₂－t₁)＋[COt(2θ₁/2)](2θ₂－2θ₁)

            (Δt₂－Δt₁)/2(t₂－t₁)²          (3)

3、选择高精度的温度计，其依据是公式(3)，温度计的测量精度Δt≤0.1°为好。例如常温下固体材料的热膨胀，选择一级水银温度计为好。

4、选择样品的(hk1)面与选择的X射线波长要匹配得尽可能使衍射角2θ越接近180°越好，其依据也是公式(3)。

5、由(3)式与选定的测角仪的精度Δ2θ找出温区(t₂－t₁)的最佳值。

6、测量衍射峰时其样品与热源之间要有一个保护罩，测量衍射角之前要先使样品的表里温度相同，其检查方法是：用两支温度计，一支温度计置在样品表面，另一支置在样品背面，两支温度计的读数相同而且保持足够长的时间内都相同不变之后，才开始测衍射角。

7、测2θ₁与测2θ₂的所有条件都必须相同，其检查方法是：对同一选定的测量温区(t₂－t₁)，升温测得的α_升与降温测得的α_降之差(α_升－α_降)在由Δα_测量公式算出的Δα_测量范围内便可。