книги из ГПНТБ / Качанов Н.Н. Рентгеноструктурный анализ (поликристаллов) практическое руководство

в материалах и деталях и способы измерения размеров кристаллов.

Приведен ряд практических примеров, облегчающих про­ ведение рентгеноструктурного анализа в заводской лабо­ ратории.

Руководство предназначено для работников заводских лабо­ раторий различного профиля и различной технической осна­ щенности и может быть использовано работниками научпопсследовательских институтов и учащимися соответствующих спеппальностей.

Рецензент инж. В. Г. Костогонов

Редактор канд. техн, наук И. С. Лютцау

Редакция литературы по металлообработке и станкостроен^.

Зав. редакцией инж. В В. РЖАВИНСКИЙ

ГЛАВА I

ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА РЕНТГЕНОГРАММ

1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для съемки рентгенограмм поликристаллов применяются обзцы двух форм — столбики (цилиндрики) и шлифы (плоские

вогнутые).

Образцы из поликристаллических материалов могут быть приовлены несколькими способами.

Образцы цилиндрической формы. В простейшем случае в качестве

азца может быть использована проволочка 1 (D = 0,3 4-1,0 мм\ -6-4-10 мм), вырезанная из исследуемого мотка проволоки. ,нако следует учитывать, что при протяжке проволока приобре­

тет преимущественную ориентировку кристаллитов (текстуру). Наличие текстуры в металлическом образце вызывает изменение

соотношения интенсивностей всех линий на рентгенограмме, а также

вдоль интерференционного кольца. Поэтому применение в качестве образцов неотожженных проволочек допустимо лишь в случаях, когда исследование не требует измерения интенсивности линий.

станке, либо, если нет необходимости соблюдать большую точность, вручную напильником. Поверхностный слой образца, приготовлен­ ного таким способом, находится в наклепанном состоянии, что при­ водит к расширению линий на рентгенограмме и, следовательно, к затруднению при промере и расчете и неверным выводам. Во из­ бежание этого поверхностный (наклепанный) слой должен быть удален путем стравливания химическим или электролитическим методом.

Однако следует иметь в виду, что при травлении металлов часто

что чем тоньше исследуемый объект, тем резче линии па рентгенограмме. Од­ нако следует помнить, что в случае съемки образцов из легких элементов (Mg, Al) с использованием относительно жестких излучений (Mo, W) уменьше­ ние диаметра приводит к значительному ослаблению линий.

5

Для приготовления цилиндрического образца из порошка при­ меняются капилляры и стеклянные нити.

Капилляры готовят следующим образом. В негустой раствор

целлулоида в безводном ацетоне погружают топкий конец и конус приспособления (фиг. 1), предварительно слегка смазанные вазе­ лином. Приспособление погружают в раствор до начала цилиндри­ ческой части большого диаметра. Затем приспособление извлекают

из раствора; на конической и тонкой цилиндрической частях остается слой раствора. Вынутое из раствора приспособление выдерживают

в течение 20—30 мин. на воздухе для сушки (при обязательном сохранении вертикального положения), после чего операция оку­

в раствор ацетата целлюлозы в хлороформе с этиловым спиртом2), вынимают и сушат в вертикальном положении. Для снятия капил­ ляра проволоку растягивают до разрыва, что приводит к уменьше­ нию ее диаметра. В затруднительных случаях проволоку погружают

вводу, что также облегчает снятие капилляра с проволоки. Недостаток таких капилляров заключается в отсутствии воро­

нок, что затрудняет заполнение внутренней полости капилляра исследуемым веществом.

В некоторых случаях образцы для съемки рентгенограмм при­ готовляют путем наклеивания порошка исследуемого вещества на стек­

1Набивка капилляров может быть весьма успешно осуществлена с помощью вибратора (например от стиральной машины), на который капилляры укре­ пляются с помощью пластилина. Плотность набивки резко возрастает, улучшается качество рентгенограмм и резко сокращается время приготовления образца. Мето­ дика разработана в ЭННИППе.

212 г ацетата целлюлозы растворяется в смеси 90 см3 хлороформа и 10 с.м3 этилового спирта.

7

Во избежание коробления сушку образцов следует производись в специальных приспосблениях, состоящих из основания с неглу бокими углублениями (по размеру образцов) и крышек.

В связи с рассеянием рентгеновских лучей склеивающим ве ществом образцы из порошков лучше приготовлять без клея. При это., порошки можно продавливать через тонкую трубку из нержавею щей стали (напрпмер иглу от медицинского шприца) под большим

давлением.

Применяют также спекание металлических порошков в капил­ лярах из кварца или другого огнеупорного материала.

При изготовлении образцов из порошков со связкой или б< з

связки при отсутствии поддерживающей нити образцы получаются непрочными; поэтому после высыхания связки на один из концов, образца накладывают полоску пластилина, поднимают образец с помощью полоски и устанавливают в рентгеновской камере. При этой операции исключается непосредственное прикосновение к об разцу.

При установке образцов на пластилине следует обращать bhi -

мание на то, чтобы лучи не попадали на пластилиновую подставку .

В качестве нити при изготовлении образцов можно применять волос и покрывать его порошком исследуемого вещества, смешанным,

с канадским бальзамом; при съемке легких элементов в качестве связки лучше применять коллодий. При использовании нитей с ше­ роховатой поверхностью, например шерстяных, можно обходиться без связки. На нити из боросиликатного стекла порошок укрепляю :

спомощью клея или путем смачивания поверхности нити раствором

канадского бальзама в ксилоле.

Если материал образца в основном состоит из тяжелых элементов

сатомным номером больше 20 и реагирует с водой, углекислым газом или кислородом, то можно применять капилляры из стекла,

заполненные исследуемым порошком. Иногда можно выделять или конденсировать изучаемую фазу непосредственно в капилляре затем откачивать капилляр и запаивать. Если материал образца реагирует со стеклом, то можно применять полистироловые трубочки.

Внекоторых случаях применяют тонкостенные трубки из алюминия, никеля, меди и хрома.

Если образец состоит из легких элементов (Z < 20), применяют

трубки из слабо поглощающих материалов (ацетата целлюлозы,

целлофана, полистирола и др.).

При вертикальном расположении образца в камере требования,

предъявляемые к его прочности, меньше, чем при горизонтальном.

Поэтому, если по каким-либо причинам образец пришлось изгото­

влять без связки, то его легче центрировать и устанавливать в ка­

мере, где возможно вертикальное расположение образца.

Образцы, имеющие форму шлифа. Из куска металла (сплава)

вырезают образец, размеры которого зависят от величины держа­

теля камеры, предназначенной для съемки. Обычно для камер типа РПК и РКД образец-шлиф имеет размер 10 X 8x2 мм; для камер обратной съемки, например типа КРОС или РКЭ, образец-шлиф

9

может быть больших размеров. Если образец предназначен для тер­ мической обработки, его размеры соответственно должны быть увеличены, так как с термически обработанного шлифа должны быть удалены окалина и обезуглероженный слой. Если для этой цели было применено опиливание или шлифование, то с исследуе­ мой поверхности шлифа должен быть удален наклепанный слой.

В некоторых случаях образец в форме шлифа может быть приго­ товлен и из порошка исследуемого вещества, который наклеивается

в этом случае на картонную или целлулоидную подложку, укладывае­

Выбор типа камеры и ее размеров определяется задачами иссле­ дования.

Если для решения задач исследования необходимо определение размеров элементарных кристаллических ячеек (периодов решеток) с достаточно большой точностью, следует применять либо камеры высокой разрешающей способности (типа ВРС-3), либо камеры для прецизионной съемки (типа РКЭ, КРОС-1).

Для фазового анализа, когда не требуется определения перио­ дов с большой точностью, применяют цилиндрические камеры

скассетой стандартного размера 27? = 57,3 мм (типа РПК-2, РКД

иподобные им).

При выборе диаметра камеры следует учитывать, что время вы­ держки (экспозиция) при съемке рентгенограммы возрастает приб­

лизительно пропорционально кубу диаметра кассеты. Поэтому при выборе диаметра кассеты приходится сочетать требование получе­ ния достаточно высокой разрешающей способности с требованием применения камеры возможно меньшего диаметра.

Выбор излучения является весьма важным при проведении рент­ геноструктурного исследования. При неправильном выборе излу­ чения, помимо наложения линий фаз или недостаточности их коли­ чества, возможно значительное вуалирование рентгенограммы вто­ ричным излучением, возбуждаемым в образце характеристическим и белыми излучениями трубки.

Замер и расчет завуалированной рентгенограммы в некоторых

случаях могут быть даже невозможными, так как наличие сильного

фона (дополнительной вуали) существенно снижает контрастность линий.

Причинами дополнительного вуалирования являются: белое из­ лучение трубки и вторичное характеристическое излучение, воз­ никающее в веществе образца при попадании на него первичного характеристического излучения трубки. Поэтому при выборе излу­ чения необходимо исходить из следующего правила: порядковый помер вещества анода в периодической системе элементов должен быть ниже, равен или, в крайнем случае, на единицу выше, чем

порядковый номер самого легкого содержащегося в исследуемом веществе элемента, способного испускать характеристические лучи, пе поглощающиеся в воздухе па пути к пленке.

10