Приготовление объекта исследования

В дифрактометрии поликристаллов используется плоский образец. Обычно это порошок, тем или иным способом нанесенный на плоскую поверхность, либо таблетка, спрессованная из порошка, либо срез массивного поликристалла. Оптимальный размер частиц в образце должен быть порядка 10 мкм (10-5 см– 10-3 см).

Один из способов приготовления образца для исследования таков. Стеклянную круглую пластинку, меньшую по диаметру 25 мм, слегка смазывают вазелином. На вазелин равномерным слоем насыпают порошок исследуемого материала (рис. 14, а). На порошок накладывают стеклянную пластинку и, слегка покачивая ее и постепенно увеличивая давление, разравнивают порошок и прессуют его (рис. 14, б). Полученный препарат крепят в стеклянной кювете на пластилине и придавливают сверху стеклянной пластинкой для того, чтобы поверхность образца оказалась параллельной краю кюветы (рис. 14, в). Кювету устанавливают в держатель гониометра и, если гониометр хорошо отюстирован, поверхность образца совмещается с плоскостью фокусировки.

Рис. 14. Способ приготовления образца для исследования.

Выбор режима съемки

Основными параметрами съемки на дифрактометре являются: вещество анода и фильтра К_β – излучения (или используемый монохроматор); величина высокого напряжения в киловольтах и ток через трубку в миллиамперах; тип счетчика; используемая шкала скорости счета импульсов; скорость движения счетчика в градусах в минуту и диаграммной ленты в миллиметрах в час; интервал между штрихами отметчика в градусах; размеры вертикальных щелей у трубки и счетчика в миллиметрах.

Для определения фазового состава образца при съемке на дифрактометре необходимо подобрать такие ее условия, которые позволили бы при достаточно большой величине интенсивности рефлекса (для повышения чувствительности анализа) получить хорошую точность в определении углового положения рефлексов. Чтобы получить большую интенсивность, необходимо использовать широкие щели, большую постоянную времени, малую скорость движения счетчика. Напротив, точность в определении положения рефлекса увеличивается, если использовать узкие щели и малую постоянную времени. Экспрессность в проведении анализа требует значительной скорости движения счетчика.

При правильно выбранном режиме съемки интенсивность самой сильной линии на дифрактограмме должна обеспечивать отклонение стрелки интенсиметра на всю выбранную шкалу. При этом если рефлексы на дифрактограмме достаточно интенсивные, то лучше снимать дифрактограмму на шкале, соответствующей меньшей чувствительности интенсиметра. При выборе высокого напряжения руководствуются тем, что оно должно превышать в три-четыре раза минимальное напряжение, необходимое для установления тока насыщения. Последнее зависит от типа трубки, материала анода, тока накала трубки.

Выбор материала анода рентгеновской трубки

Для съемки дифрактограммы надо правильно выбрать материал анода. При этом необходимо обеспечить следующие условия:

1. Отсутствие вторичного характеристического излучения, вуалирующего дифрактограмму. Интенсивное вторичное излучение возникает в том случае, если атомный номер вещества анода на 2 – 3 единицы больше атомного номера элементов, входящих в состав исследуемого образца. Например, железо (Z =26), снимаемое на излучении трубки с медным анодом (Z =29), дает вторичное рентгеновское излучение, вуалирующее дифракционную картину.

2. Наличие достаточного количества рентгеновских дифракционных максимумов.

3. Достаточную разрешающую способность дифрактограммы.

Первое правило не распространяется на те случаи, когда порядковый номер вещества анода намного выше порядкового номера элементов, содержащихся в объекте. В этом случае вторичное излучение можно легко отфильтровать.

Чаще всего используются рентгеновские трубки с медным анодом. Из-за хорошей теплопроводности меди они выдерживают большие нагрузки. Излучение с более короткой длиной волны, чем λ_КαCu для фазового анализа используется редко. При съемке на коротковолновом излучении дифракционные линии «собраны» в малых углах и плохо разрешаются.

Фазовый анализ требует использования монохроматического излучения. К – серия рентгеновского спектра, которая чаще используется для этих целей, состоит из двух основных линий: дублета К_α1α2 и К_β. Излучение, соответствующее К_α1α2, примерно в пять раз сильнее излучения с длиной волны К_β. Рентгеновские лучи с этой длиной волны мешают анализу, поэтому их отфильтровывают. Для этой цели достаточно поставить перед образцом фильтр – тонкую фольгу из вещества, содержащего элемент или состоящего целиком из элемента, порядковый номер которого на единицу, а для тяжелых анодов на две, меньше порядкового номера атомов вещества анода. Излучение с длиной волны К_α1α2 легко пройдет через этот фильтр. Лучи же с длиной волны К_β выйдут из фильтра ослабленными во много раз. Это связано с тем, что при таком соотношении порядковых номеров вещества анода и фильтра скачок коэффициента поглощения μ лучей в веществе фильтра (рис. 15) лежит как раз между рефлексами, соответствующими длинам волн К_α1α2 и К_β излучения анода. Например, для излучения медного анода фильтром может служить никелевая фольга толщиной 0,007 мм.

Несмотря на наличие фильтра К_β рентгеновское излучение трубки не является строго монохроматичным. Наряду с К_α – излучением всегда присутствует излучение со сплошным спектром, дающее на дифрактограмме фон. Интенсивность фона наиболее велика в малых углах 2θ и уменьшается с углом 2θ до его значения, равного 90°. В больших углах фон от сплошного рентгеновского спектр может возрасти.

Поскольку дифрактограму записывают в широком интервале углов, перо самописца и стрелка регистрирующего прибора могут уйти за пределы диаграммной ленты и шкалы. Чтобы этого не произошло, предварительно вручную выводят счетчик на минимум фона при 2θ, равном 90° (но не на дифракционный пик), устанавливают линию фона несколько выше нижнего края ленты и возвращают счетчик в исходное положение.

Рис. 15. Излучение с длиной волны К_α1α2.

Хорошую дифрактограмму (без фона и К_β – рефлексов) можно получить, если использовать кристалл-монохроматор, который устанавливается либо между фокусом рентгеновской трубки и образцом (на первичном пучке), либо между образцом и счетчиком (на вторичном пучке). В качестве кристаллов-монохроматоров чаще всего используются тонкие пластинки, вырезанные из монокристаллов кварца или графита так, что их поверхность параллельна кристаллографическим плоскостям кристалла с межплоскостным расстоянием d_м. На рис. 16 приведена схема взаимного расположения фокуса рентгеновской трубки F, образца AOB, кристалла монохроматора CTD и счетчика CЧ. Здесь О – ось вращения образца, Т – ось вращения кристалла-монохроматора, S₁, S₂ – щели. Кристалл – монохроматор устанавливается под углом θ к направлению рассеянных рентгеновских лучей, который удовлетворяет условию: 2d_мsin θ = λ_Kα,

Рис. 16. Схема взаимного расположения фокуса рентгеновской трубки.

Рентгеновское излучение с другими длинами волн не попадает в щель счетчика. Поскольку использование кристалла для монохроматизации излучения сильно уменьшает нтенсивность рассеянных лучей обычно используется их фокусировка за счет изгиба кристалла.