Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

69

ANALIZA STRUCTURALĂ PRIN DIFRACȚIA CU RAZE X

DIFRACTOMETRUL DE RAZE X

1 Scopul lucrării

Lucrarea de laborator are ca scop familiarizarea studenţilor cu principiul de

funcţionare domeniile şi modalitatea de utilizare a difractometrului de raze X

2 Aspecte teoretice

Radiaţiile electromagnetice sunt produse prin oscilaţia sau acceleraţia unei sarcini

electrice Undele electromagnetice au atacirct componente electrice cacirct şi magnetice Gama

acestor radiaţii e foarte largă undele pot avea frecvenţă foarte icircnaltă şi lungime mică sau

frecvenţă foarte joasă şi lungime mare

Lumina vizibilă constituie numai o parte din spectrul undelor electromagnetice Icircn

ordinea descrescătoare a frecvenţei spectrul undelor electromagnetice se compune din

radiaţii gama radiaţii X radiaţii ultraviolete lumina vizibilă radiaţii infraroşii

microunde şi unde radio

Studierea radiaţiei X a permis punerea icircn evidenţă a unor proprietăţi principale ale

razelor X utilizate icircn ştiinţă tehnică medicină etc Natura radiaţiei Roentgen (razelor X)

a fost stabilită de către M Laue icircn anul 1912 El este primul savant care a obţinut tabloul

de difracţie al razelor X de la un cristal confirmacircnd astfel că natura lor ca şi a luminii

este aceeaşi cu o deosebire lungimea de undă a radiaţiilor Roentgen este mult mai mică

21 Sistemul de difracţie Noţiuni de bază

Aspectele legate de structura atomo-cristalină a materialelor nu pot fi evidenţiate

prin metodele microscopice şi de aceea sunt utilizate metode de analiză roentgeno-

structurală bazate pe difracţia razelor X pe planele cristalografice din structură

Radiaţiile X au fost descoperite icircntacircmplător icircn anul 1895 de fizicianul german

Wilhem Conrad Roentgen icircn timp ce facea experimente de descărcări electrice icircn tuburi

vidate El a observat că din locul unde razele catodice cădeau pe sticla tubului treceau icircn

exterior raze cu icircnsuşiri deosebite străbăteau corpurile impresionau placuţele

fotografice etc El le-a numit raze X deoarece natura lor era necunoscută Ulterior au fost

numite raze (radiaţii) Roentgen icircn cinstea fizicianului care le-a descoperit

Primul tub care a produs raze X a fost conceput de fizicianul William Crookes cu

un tub de sticlă parţial vidat conţinacircnd doi electrozi prin care trecea curent electric Ca

rezultat al ionizării ionii pozitivi lovesc catodul şi provoacă ieşirea electronilor din catod

Aceşti electroni sub forma unui fascicul de raze catodice bombardează pereţii de sticlă

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

70

ai tubului şi rezultă razele X Acest tub produce numai raze X moi (cu energie scăzută)

Un tub catodic icircmbunătăţit prin introducerea unui catod curbat pentru focalizarea

fasciculului de electroni pe o ţintă din metal greu numită anod produce raze X mai dure

(cu lungimi de undă mai scurte şi energie mai mare) Razele X produse depind de

presiunea gazului din tub

Următoarea icircmbunătăţire a fost realizată de William David Coolidge icircn 1913 prin

inventarea tubului de raze X cu catod icircncălzit Tubul este vidat iar catodul emite electroni

prin icircncălzire cu un curent electric auxiliar Cauza emiterii electronilor nu este

bombardarea cu ioni ca icircn cazurile precedente Accelerarea procesului de emitere a

electronilor se face prin aplicarea unei tensiuni icircnalte prin tub O dată cu creşterea

tensiunii scade lungimea de undă a radiaţiei Fizicianul american Arthur Holly Compton

(1892 - 1962) laureat al Premiului Nobel prin studiile sale a descoperit icircn anul 1922 aşa

numitul efect Compton Teoria sa demonstrează că lungimile de undă ale radiaţiilor X şi

gama cresc atunci cacircnd fotonii care le formează se lovesc de electroni Fenomenul

demonstrează şi natura corpusculară a razelor X

Studiul radiaţiilor X a jucat un rol vital icircn fizică icircn special icircn dezvoltarea

mecanicii cuantice Ca mijloc de cercetare radiaţiile X au permis fizicienilor să confirme

experimental teoria cristalografiei Folosind metoda difracţiei substanţele cristaline pot fi

identificate şi structura lor poate fi determinată prin peak-uri caracteristice fiecărei faze

existente icircn compoziție Metoda poate fi aplicată şi la pulberi care nu au structură

cristalină ci o structură moleculară regulată Prin aceste mijloace se pot identifica

compuşi chimici şi se poate stabili mărimea particulelor ultramicroscopice Prin

spectroscopie cu raze X se pot identifica elementele chimice şi izotopii lor Icircn afară de

aplicaţiile din fizică chimie mineralogie metalurgie şi biologie razele X se utilizează şi

icircn industrie pentru testarea nedistructivă a unor aliaje metalice şi icircn anumite faze pe

parcursul procesului de producţie pentru a elimina defectele Pentru asemenea radiografii

se utilizează radiaţii Cobalt 60 şi Cesiu 137

Radiaţiile X impresionează soluţia fotografică ca şi lumina Absorbţia radiaţiilor

depinde de densitatea şi de greutatea atomică Cu cacirct greutatea atomică este mai mică cu

atacirct materialul este mai uşor pătruns de razele X Cacircnd corpul uman este expus la radiaţii

X oasele (cu greutate atomică mai mare decacirct ţesuturile) absorb icircn măsură mai mare

radiaţiile rezultacircnd umbre mai pronunţate pe film Radiaţiile cu neutroni se folosesc icircn

anumite tipuri de radiografii cu rezultate total opuse părţile icircntunecate de pe film sunt

cele mai uşoare

Metoda roentgeno-structurală are o aplicabilitate largă icircn ceea ce priveşte

investigaţia chimică şi structurală a materialelor arheologice Spre exemplu stabilirea

autenticităţii unor lucrări de artă identificarea pigmenţilor din vopsele stabilirea

constituenţilor chimici din structura patinei obiectelor din bronz determinarea

constituenţilor structurali la materialele ceramice stabilirea temperaturii de ardere a

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

71

ceramicii prin determinarea fazelor structurale determinarea orientării cristalelor gradul

de deformare a reţelei cristaline metalice cu indicii clare asupra metodei de fabricaţie a

artefactului determinarea fazelor metalice

Difracţia de raze X este o tehnică analitică non-distructivă versatilă folosită la

identificarea şi determinarea cantitativă a diferiţilor compuşi cristalini cunoscuţi sub

denumirea de faze compuşi care sunt prezenţi icircn materialele solide şi icircn pulberi

Identificarea fazelor se face comparacircnd difractograma de raze X (o urmă a

substanţei) sau difractograma obţinută pentru o probă necunoscută cu una din

difractogramele de referinţă a unei baze de date internaţional recunoscută (care conţine

mai mult de 100000 de faze de referinţă) Difractometrele moderne controlate de

calculator folosesc rutine automate de măsurare icircnregistrare respectiv interpretare a

difractogramelor produse de constituenţii individuali

Difracţia razelor X de către cristale stă la baza utilizării acestora icircn studierea

structurii cristaline a diferitelor materiale Deoarece razele X au lungimi de undă de

ordinul distanţelor dintre atomi la trecerea acestora prin cristal are loc un fenomen de

difracţie (icircn locul unui singur fascicul incident obţinacircndu-se mai multe fascicule ale căror

unghiuri de difracţie depind de structura cristalină) Pentru icircnregistrarea şi măsurarea

intensităţii fasciculelor de radiaţii difractate metoda difractometrică foloseşte efectul de

ionizare produs de aceste radiaţii icircnregistrate de instalaţia numită difractometru

Icircn principiu o instalaţie de analiză structurală cu raze X ndash difractometrul ndash se

compune din transformator care furnizează tensiune icircnaltă (20 - 70 kV) sursa de radiaţii

reprezentată de un generator goniometru contor de radiaţii (camera de ionizare contor

proporţional contor cu scintilaţie contor Geiger-Muumlller etc) şi blocul de amplificare şi

icircnregistrare Fasciculul monocromatic de raze X părăseşte anodul este icircngustat de

diafragme şi apoi este orientat spre obiectul de examinat Legătura dintre unghiul de

difracţie θ şi lungimea de undă a razelor folosite este dată de relaţia lui Bragg

n λ = 2 d sinθ

icircn care d- este distanţa dintre planele cristalografice

λ- este lungimea de undă a radiaţiei folosite

n- este număr icircntreg

Difractometrul funcţionează conform principiului Debye-Scherrer interferenţa

razelor fiind măsurată pe un contor proporţional datele fiind transmise şi interpretate cu

ajutorul calculatorului

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

72

Figura 1 Schema cu elementele de bază din componenta difractometrului

Icircn prezent razele X sunt produse icircn tuburi Roentgen vidate ce conţin un catod

incandescent (un filament de wolfram) ca sursă de electroni şi un anod sub forma unui

tub metalic răcit cu apă (vezi figura 2) La icircntacirclnirea electronilor (puternic acceleraţi de

tensiunea electrică dintre anod şi catod) cu anodul acesta emite radiaţii X care vor avea

lungimea de undă funcţie de materialul anodului (icircn cazul cuprului λ = 154 Aring)

Figura 2 Principiul de funcţionare a tubului de raze X

Sistemul de difracţie XrsquoPert PRO aflat icircn dotarea laboratorului are icircn componenţă

următoarele elemente de bază

- o consolă ce reprezintă incinta de lucru

- goniometru ce reprezintă componenta principală a difractometrului

Figura 3 Difractometrul de raze X

XrsquoPert PRO MRD

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

73

- tub ceramic de raze X (cu anod de Cu) montat pe unul din braţele goniometrului icircntr-

un suport special destinat şi echipat

- răcitor ndash are rolul de a menţine tubul de raze x la o temperatură optimă

- module optice pentru razele X incidente şi difractate de probă Aceste module sunt

montate icircn poziţii predefinite nefiind necesară o aliniere ulterioară a acestora

- un suport pentru probe ce poate fi schimbat icircn funcţie de tipul acesteia şi de

tipul măsurătorii solicitate

- un detector care analizează fasciculului de raze X difractat de către proba icircn

funcţie de o serie de parametri

Conceptul PreFIX asigură posibilitatea utilizării mai multor combinaţii de module

şi o rapiditate şi uşurinţă a poziţionării acestora icircn cadrul echipamentului

Icircn componenţa goniometrului intră

- tubul de raze X

- soller slit

- fante pentru unghiul incident

- măşti (reglează lăţimea fasciculului incident)

- suportul pentru probe

- fanta pentru razele difractate

- detectorul

Figura 4 Una din posibilele combinaţii de dispozitive ce pot fi montate

pe goniometrul difractometrului

Icircn componenţa difractometrului de raze X se găsesc mai multe elemente care

dirijează fasciculul incident către probă şi apoi cel difractat către detector

Făcacircnd o paralelă cu microscopul optic şi obiectivele acestuia putem spune că la

fel ca şi icircn cazul microscopului optic calitatea măsurătorilor efectuate cu ajutorul

difractometrului este foarte mult influenţată de tubul de raze X cacirct şi de detector

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

74

22 Tubul de raze X

Un tub de raze X are ca elemente principale un icircnveliş ce conţine un anod şi un

catod (filament) poziţionate icircntr-un cilindru de focalizare cu ferestre de ieşire pentru

razele X Principiul de lucru al tubului de raze X este următorul atunci cacircnd un curent

electric străbate filamentul de wolfram electronii emişi de acesta sunt acceleraţi spre

anod de către diferenţa mare de tensiune icircntre anod şi catod Electronii care părăsesc

anodul generează emisia de raze X acestea din urmă ieşind din tub prin ferestre de beriliu

Caracteristicile tehnice la care lucrează tubul de raze X sunt

- putere maximă 22 kW

- tensiune maximă 60 kV

- intensitate maximă 55 mA

- setări recomandate pentru capacitate maximă 40kV 55mA sau 45kV 45 mA

- randament 02

Figura 5 Secţiune prin tubul de raze X ndash Desen schematic

Icircn funcţie de natura probelor ce se doresc a fi analizate pot fi utilizate tuburi de

raze X cu anod de Mo Co Fe sau Cr

23 Detectorul

Detectorul aflat icircn componenţa difractometrului prezentat mai sus este un sistem

de detecţie a razelor X bazat pe tehnologia Medipix2 şi este optimizat pentru a fi utilizat

cu radiaţie de cupru cu o eficienţă de 94 dar poate fi utilizat şi cu alte tipuri de

radiaţii eficienţa acestuia avacircnd de suferit

Difractometrul de raze XrsquoPert PRO MRD aflat icircn dotarea laboratorului prezintă o

configuraţie a componentelor ce poate fi aplicată cu succes icircn mai multe domenii icircn

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

75

special icircn ceea ce priveşte analiza pulberilor a straturilor subţiri şi a probelor compacte

(metalice şi nu numai)

Figura 6 Detector PIXcel Figura 7 Exemplu de configuraţie a

dispozitivelor de difracţie de raze X pentru o pulbere

Procedura de analiză a unei probe este relativ simplă şi constă icircntr-o serie de paşi

ce trebuie respectaţi de către operator Astfel odată pus sub tensiune difractometrul se

porneşte răcitorul şi apoi difractometrul icircmpreună cu PC-ul conectat la acesta După

lansarea aplicaţiei se porneşte procedura de pregătire a tubului de raze X prin apăsarea

butonului BREED Icircn urma acestei proceduri tubul de raze X se videază iar anodul şi

catodul se pregătesc pentru utilizare Această procedură poate fi efectuată icircn două

moduri rapid sau normal (icircn funcţie de perioada dintre utilizări) şi durează icircntre 5 şi 40

minute După finalizarea acesteia difractometrul este gata de utilizare şi proba poate fi

pozitionată pe suport Parametrii scanării pot fi introduşi icircn sistem prin intermediul

softului special destinat acestei operaţiuni şi apoi pornită analiza Analizele ce pot fi

efectuate cu ajutorul difractometrului diferă foarte mult icircn funcţie de tipul lor şi implicit

timpul de lucru poate fi de la cateva secunde pacircnă la 20 de ore Pot fi efectuate analize

referitoare la starea cristalină sau amorfă a unor materiale compoziţia chimică prezentă

anumitor faze starea de tensiune reziduală grosimea straturilor subţiri etc

Icircn timpul scanării probei datele colectate de detector (intensitatea fasciculelor

reflectate de către probă unghiul de reflexie etc) sunt analizate şi reprezentate grafic pe

monitorul calculatorului sub forma unei difractograme După finalizarea scanării icircn

funcţie de datele obţinute se efectuează analiza şi interpretarea acestora

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

70

ai tubului şi rezultă razele X Acest tub produce numai raze X moi (cu energie scăzută)

Un tub catodic icircmbunătăţit prin introducerea unui catod curbat pentru focalizarea

fasciculului de electroni pe o ţintă din metal greu numită anod produce raze X mai dure

(cu lungimi de undă mai scurte şi energie mai mare) Razele X produse depind de

presiunea gazului din tub

Următoarea icircmbunătăţire a fost realizată de William David Coolidge icircn 1913 prin

inventarea tubului de raze X cu catod icircncălzit Tubul este vidat iar catodul emite electroni

prin icircncălzire cu un curent electric auxiliar Cauza emiterii electronilor nu este

bombardarea cu ioni ca icircn cazurile precedente Accelerarea procesului de emitere a

electronilor se face prin aplicarea unei tensiuni icircnalte prin tub O dată cu creşterea

tensiunii scade lungimea de undă a radiaţiei Fizicianul american Arthur Holly Compton

(1892 - 1962) laureat al Premiului Nobel prin studiile sale a descoperit icircn anul 1922 aşa

numitul efect Compton Teoria sa demonstrează că lungimile de undă ale radiaţiilor X şi

gama cresc atunci cacircnd fotonii care le formează se lovesc de electroni Fenomenul

demonstrează şi natura corpusculară a razelor X

Studiul radiaţiilor X a jucat un rol vital icircn fizică icircn special icircn dezvoltarea

mecanicii cuantice Ca mijloc de cercetare radiaţiile X au permis fizicienilor să confirme

experimental teoria cristalografiei Folosind metoda difracţiei substanţele cristaline pot fi

identificate şi structura lor poate fi determinată prin peak-uri caracteristice fiecărei faze

existente icircn compoziție Metoda poate fi aplicată şi la pulberi care nu au structură

cristalină ci o structură moleculară regulată Prin aceste mijloace se pot identifica

compuşi chimici şi se poate stabili mărimea particulelor ultramicroscopice Prin

spectroscopie cu raze X se pot identifica elementele chimice şi izotopii lor Icircn afară de

aplicaţiile din fizică chimie mineralogie metalurgie şi biologie razele X se utilizează şi

icircn industrie pentru testarea nedistructivă a unor aliaje metalice şi icircn anumite faze pe

parcursul procesului de producţie pentru a elimina defectele Pentru asemenea radiografii

se utilizează radiaţii Cobalt 60 şi Cesiu 137

Radiaţiile X impresionează soluţia fotografică ca şi lumina Absorbţia radiaţiilor

depinde de densitatea şi de greutatea atomică Cu cacirct greutatea atomică este mai mică cu

atacirct materialul este mai uşor pătruns de razele X Cacircnd corpul uman este expus la radiaţii

X oasele (cu greutate atomică mai mare decacirct ţesuturile) absorb icircn măsură mai mare

radiaţiile rezultacircnd umbre mai pronunţate pe film Radiaţiile cu neutroni se folosesc icircn

anumite tipuri de radiografii cu rezultate total opuse părţile icircntunecate de pe film sunt

cele mai uşoare

Metoda roentgeno-structurală are o aplicabilitate largă icircn ceea ce priveşte

investigaţia chimică şi structurală a materialelor arheologice Spre exemplu stabilirea

autenticităţii unor lucrări de artă identificarea pigmenţilor din vopsele stabilirea

constituenţilor chimici din structura patinei obiectelor din bronz determinarea

constituenţilor structurali la materialele ceramice stabilirea temperaturii de ardere a

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

71

ceramicii prin determinarea fazelor structurale determinarea orientării cristalelor gradul

de deformare a reţelei cristaline metalice cu indicii clare asupra metodei de fabricaţie a

artefactului determinarea fazelor metalice

Difracţia de raze X este o tehnică analitică non-distructivă versatilă folosită la

identificarea şi determinarea cantitativă a diferiţilor compuşi cristalini cunoscuţi sub

denumirea de faze compuşi care sunt prezenţi icircn materialele solide şi icircn pulberi

Identificarea fazelor se face comparacircnd difractograma de raze X (o urmă a

substanţei) sau difractograma obţinută pentru o probă necunoscută cu una din

difractogramele de referinţă a unei baze de date internaţional recunoscută (care conţine

mai mult de 100000 de faze de referinţă) Difractometrele moderne controlate de

calculator folosesc rutine automate de măsurare icircnregistrare respectiv interpretare a

difractogramelor produse de constituenţii individuali

Difracţia razelor X de către cristale stă la baza utilizării acestora icircn studierea

structurii cristaline a diferitelor materiale Deoarece razele X au lungimi de undă de

ordinul distanţelor dintre atomi la trecerea acestora prin cristal are loc un fenomen de

difracţie (icircn locul unui singur fascicul incident obţinacircndu-se mai multe fascicule ale căror

unghiuri de difracţie depind de structura cristalină) Pentru icircnregistrarea şi măsurarea

intensităţii fasciculelor de radiaţii difractate metoda difractometrică foloseşte efectul de

ionizare produs de aceste radiaţii icircnregistrate de instalaţia numită difractometru

Icircn principiu o instalaţie de analiză structurală cu raze X ndash difractometrul ndash se

compune din transformator care furnizează tensiune icircnaltă (20 - 70 kV) sursa de radiaţii

reprezentată de un generator goniometru contor de radiaţii (camera de ionizare contor

proporţional contor cu scintilaţie contor Geiger-Muumlller etc) şi blocul de amplificare şi

icircnregistrare Fasciculul monocromatic de raze X părăseşte anodul este icircngustat de

diafragme şi apoi este orientat spre obiectul de examinat Legătura dintre unghiul de

difracţie θ şi lungimea de undă a razelor folosite este dată de relaţia lui Bragg

n λ = 2 d sinθ

icircn care d- este distanţa dintre planele cristalografice

λ- este lungimea de undă a radiaţiei folosite

n- este număr icircntreg

Difractometrul funcţionează conform principiului Debye-Scherrer interferenţa

razelor fiind măsurată pe un contor proporţional datele fiind transmise şi interpretate cu

ajutorul calculatorului

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

72

Figura 1 Schema cu elementele de bază din componenta difractometrului

Icircn prezent razele X sunt produse icircn tuburi Roentgen vidate ce conţin un catod

incandescent (un filament de wolfram) ca sursă de electroni şi un anod sub forma unui

tub metalic răcit cu apă (vezi figura 2) La icircntacirclnirea electronilor (puternic acceleraţi de

tensiunea electrică dintre anod şi catod) cu anodul acesta emite radiaţii X care vor avea

lungimea de undă funcţie de materialul anodului (icircn cazul cuprului λ = 154 Aring)

Figura 2 Principiul de funcţionare a tubului de raze X

Sistemul de difracţie XrsquoPert PRO aflat icircn dotarea laboratorului are icircn componenţă

următoarele elemente de bază

- o consolă ce reprezintă incinta de lucru

- goniometru ce reprezintă componenta principală a difractometrului

Figura 3 Difractometrul de raze X

XrsquoPert PRO MRD

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

73

- tub ceramic de raze X (cu anod de Cu) montat pe unul din braţele goniometrului icircntr-

un suport special destinat şi echipat

- răcitor ndash are rolul de a menţine tubul de raze x la o temperatură optimă

- module optice pentru razele X incidente şi difractate de probă Aceste module sunt

montate icircn poziţii predefinite nefiind necesară o aliniere ulterioară a acestora

- un suport pentru probe ce poate fi schimbat icircn funcţie de tipul acesteia şi de

tipul măsurătorii solicitate

- un detector care analizează fasciculului de raze X difractat de către proba icircn

funcţie de o serie de parametri

Conceptul PreFIX asigură posibilitatea utilizării mai multor combinaţii de module

şi o rapiditate şi uşurinţă a poziţionării acestora icircn cadrul echipamentului

Icircn componenţa goniometrului intră

- tubul de raze X

- soller slit

- fante pentru unghiul incident

- măşti (reglează lăţimea fasciculului incident)

- suportul pentru probe

- fanta pentru razele difractate

- detectorul

Figura 4 Una din posibilele combinaţii de dispozitive ce pot fi montate

pe goniometrul difractometrului

Icircn componenţa difractometrului de raze X se găsesc mai multe elemente care

dirijează fasciculul incident către probă şi apoi cel difractat către detector

Făcacircnd o paralelă cu microscopul optic şi obiectivele acestuia putem spune că la

fel ca şi icircn cazul microscopului optic calitatea măsurătorilor efectuate cu ajutorul

difractometrului este foarte mult influenţată de tubul de raze X cacirct şi de detector

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

74

22 Tubul de raze X

Un tub de raze X are ca elemente principale un icircnveliş ce conţine un anod şi un

catod (filament) poziţionate icircntr-un cilindru de focalizare cu ferestre de ieşire pentru

razele X Principiul de lucru al tubului de raze X este următorul atunci cacircnd un curent

electric străbate filamentul de wolfram electronii emişi de acesta sunt acceleraţi spre

anod de către diferenţa mare de tensiune icircntre anod şi catod Electronii care părăsesc

anodul generează emisia de raze X acestea din urmă ieşind din tub prin ferestre de beriliu

Caracteristicile tehnice la care lucrează tubul de raze X sunt

- putere maximă 22 kW

- tensiune maximă 60 kV

- intensitate maximă 55 mA

- setări recomandate pentru capacitate maximă 40kV 55mA sau 45kV 45 mA

- randament 02

Figura 5 Secţiune prin tubul de raze X ndash Desen schematic

Icircn funcţie de natura probelor ce se doresc a fi analizate pot fi utilizate tuburi de

raze X cu anod de Mo Co Fe sau Cr

23 Detectorul

Detectorul aflat icircn componenţa difractometrului prezentat mai sus este un sistem

de detecţie a razelor X bazat pe tehnologia Medipix2 şi este optimizat pentru a fi utilizat

cu radiaţie de cupru cu o eficienţă de 94 dar poate fi utilizat şi cu alte tipuri de

radiaţii eficienţa acestuia avacircnd de suferit

Difractometrul de raze XrsquoPert PRO MRD aflat icircn dotarea laboratorului prezintă o

configuraţie a componentelor ce poate fi aplicată cu succes icircn mai multe domenii icircn

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

75

special icircn ceea ce priveşte analiza pulberilor a straturilor subţiri şi a probelor compacte

(metalice şi nu numai)

Figura 6 Detector PIXcel Figura 7 Exemplu de configuraţie a

dispozitivelor de difracţie de raze X pentru o pulbere

Procedura de analiză a unei probe este relativ simplă şi constă icircntr-o serie de paşi

ce trebuie respectaţi de către operator Astfel odată pus sub tensiune difractometrul se

porneşte răcitorul şi apoi difractometrul icircmpreună cu PC-ul conectat la acesta După

lansarea aplicaţiei se porneşte procedura de pregătire a tubului de raze X prin apăsarea

butonului BREED Icircn urma acestei proceduri tubul de raze X se videază iar anodul şi

catodul se pregătesc pentru utilizare Această procedură poate fi efectuată icircn două

moduri rapid sau normal (icircn funcţie de perioada dintre utilizări) şi durează icircntre 5 şi 40

minute După finalizarea acesteia difractometrul este gata de utilizare şi proba poate fi

pozitionată pe suport Parametrii scanării pot fi introduşi icircn sistem prin intermediul

softului special destinat acestei operaţiuni şi apoi pornită analiza Analizele ce pot fi

efectuate cu ajutorul difractometrului diferă foarte mult icircn funcţie de tipul lor şi implicit

timpul de lucru poate fi de la cateva secunde pacircnă la 20 de ore Pot fi efectuate analize

referitoare la starea cristalină sau amorfă a unor materiale compoziţia chimică prezentă

anumitor faze starea de tensiune reziduală grosimea straturilor subţiri etc

Icircn timpul scanării probei datele colectate de detector (intensitatea fasciculelor

reflectate de către probă unghiul de reflexie etc) sunt analizate şi reprezentate grafic pe

monitorul calculatorului sub forma unei difractograme După finalizarea scanării icircn

funcţie de datele obţinute se efectuează analiza şi interpretarea acestora

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

71

ceramicii prin determinarea fazelor structurale determinarea orientării cristalelor gradul

de deformare a reţelei cristaline metalice cu indicii clare asupra metodei de fabricaţie a

artefactului determinarea fazelor metalice

Difracţia de raze X este o tehnică analitică non-distructivă versatilă folosită la

identificarea şi determinarea cantitativă a diferiţilor compuşi cristalini cunoscuţi sub

denumirea de faze compuşi care sunt prezenţi icircn materialele solide şi icircn pulberi

Identificarea fazelor se face comparacircnd difractograma de raze X (o urmă a

substanţei) sau difractograma obţinută pentru o probă necunoscută cu una din

difractogramele de referinţă a unei baze de date internaţional recunoscută (care conţine

mai mult de 100000 de faze de referinţă) Difractometrele moderne controlate de

calculator folosesc rutine automate de măsurare icircnregistrare respectiv interpretare a

difractogramelor produse de constituenţii individuali

Difracţia razelor X de către cristale stă la baza utilizării acestora icircn studierea

structurii cristaline a diferitelor materiale Deoarece razele X au lungimi de undă de

ordinul distanţelor dintre atomi la trecerea acestora prin cristal are loc un fenomen de

difracţie (icircn locul unui singur fascicul incident obţinacircndu-se mai multe fascicule ale căror

unghiuri de difracţie depind de structura cristalină) Pentru icircnregistrarea şi măsurarea

intensităţii fasciculelor de radiaţii difractate metoda difractometrică foloseşte efectul de

ionizare produs de aceste radiaţii icircnregistrate de instalaţia numită difractometru

Icircn principiu o instalaţie de analiză structurală cu raze X ndash difractometrul ndash se

compune din transformator care furnizează tensiune icircnaltă (20 - 70 kV) sursa de radiaţii

reprezentată de un generator goniometru contor de radiaţii (camera de ionizare contor

proporţional contor cu scintilaţie contor Geiger-Muumlller etc) şi blocul de amplificare şi

icircnregistrare Fasciculul monocromatic de raze X părăseşte anodul este icircngustat de

diafragme şi apoi este orientat spre obiectul de examinat Legătura dintre unghiul de

difracţie θ şi lungimea de undă a razelor folosite este dată de relaţia lui Bragg

n λ = 2 d sinθ

icircn care d- este distanţa dintre planele cristalografice

λ- este lungimea de undă a radiaţiei folosite

n- este număr icircntreg

Difractometrul funcţionează conform principiului Debye-Scherrer interferenţa

razelor fiind măsurată pe un contor proporţional datele fiind transmise şi interpretate cu

ajutorul calculatorului

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

72

Figura 1 Schema cu elementele de bază din componenta difractometrului

Icircn prezent razele X sunt produse icircn tuburi Roentgen vidate ce conţin un catod

incandescent (un filament de wolfram) ca sursă de electroni şi un anod sub forma unui

tub metalic răcit cu apă (vezi figura 2) La icircntacirclnirea electronilor (puternic acceleraţi de

tensiunea electrică dintre anod şi catod) cu anodul acesta emite radiaţii X care vor avea

lungimea de undă funcţie de materialul anodului (icircn cazul cuprului λ = 154 Aring)

Figura 2 Principiul de funcţionare a tubului de raze X

Sistemul de difracţie XrsquoPert PRO aflat icircn dotarea laboratorului are icircn componenţă

următoarele elemente de bază

- o consolă ce reprezintă incinta de lucru

- goniometru ce reprezintă componenta principală a difractometrului

Figura 3 Difractometrul de raze X

XrsquoPert PRO MRD

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

73

- tub ceramic de raze X (cu anod de Cu) montat pe unul din braţele goniometrului icircntr-

un suport special destinat şi echipat

- răcitor ndash are rolul de a menţine tubul de raze x la o temperatură optimă

- module optice pentru razele X incidente şi difractate de probă Aceste module sunt

montate icircn poziţii predefinite nefiind necesară o aliniere ulterioară a acestora

- un suport pentru probe ce poate fi schimbat icircn funcţie de tipul acesteia şi de

tipul măsurătorii solicitate

- un detector care analizează fasciculului de raze X difractat de către proba icircn

funcţie de o serie de parametri

Conceptul PreFIX asigură posibilitatea utilizării mai multor combinaţii de module

şi o rapiditate şi uşurinţă a poziţionării acestora icircn cadrul echipamentului

Icircn componenţa goniometrului intră

- tubul de raze X

- soller slit

- fante pentru unghiul incident

- măşti (reglează lăţimea fasciculului incident)

- suportul pentru probe

- fanta pentru razele difractate

- detectorul

Figura 4 Una din posibilele combinaţii de dispozitive ce pot fi montate

pe goniometrul difractometrului

Icircn componenţa difractometrului de raze X se găsesc mai multe elemente care

dirijează fasciculul incident către probă şi apoi cel difractat către detector

Făcacircnd o paralelă cu microscopul optic şi obiectivele acestuia putem spune că la

fel ca şi icircn cazul microscopului optic calitatea măsurătorilor efectuate cu ajutorul

difractometrului este foarte mult influenţată de tubul de raze X cacirct şi de detector

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

74

22 Tubul de raze X

Un tub de raze X are ca elemente principale un icircnveliş ce conţine un anod şi un

catod (filament) poziţionate icircntr-un cilindru de focalizare cu ferestre de ieşire pentru

razele X Principiul de lucru al tubului de raze X este următorul atunci cacircnd un curent

electric străbate filamentul de wolfram electronii emişi de acesta sunt acceleraţi spre

anod de către diferenţa mare de tensiune icircntre anod şi catod Electronii care părăsesc

anodul generează emisia de raze X acestea din urmă ieşind din tub prin ferestre de beriliu

Caracteristicile tehnice la care lucrează tubul de raze X sunt

- putere maximă 22 kW

- tensiune maximă 60 kV

- intensitate maximă 55 mA

- setări recomandate pentru capacitate maximă 40kV 55mA sau 45kV 45 mA

- randament 02

Figura 5 Secţiune prin tubul de raze X ndash Desen schematic

Icircn funcţie de natura probelor ce se doresc a fi analizate pot fi utilizate tuburi de

raze X cu anod de Mo Co Fe sau Cr

23 Detectorul

Detectorul aflat icircn componenţa difractometrului prezentat mai sus este un sistem

de detecţie a razelor X bazat pe tehnologia Medipix2 şi este optimizat pentru a fi utilizat

cu radiaţie de cupru cu o eficienţă de 94 dar poate fi utilizat şi cu alte tipuri de

radiaţii eficienţa acestuia avacircnd de suferit

Difractometrul de raze XrsquoPert PRO MRD aflat icircn dotarea laboratorului prezintă o

configuraţie a componentelor ce poate fi aplicată cu succes icircn mai multe domenii icircn

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

75

special icircn ceea ce priveşte analiza pulberilor a straturilor subţiri şi a probelor compacte

(metalice şi nu numai)

Figura 6 Detector PIXcel Figura 7 Exemplu de configuraţie a

dispozitivelor de difracţie de raze X pentru o pulbere

Procedura de analiză a unei probe este relativ simplă şi constă icircntr-o serie de paşi

ce trebuie respectaţi de către operator Astfel odată pus sub tensiune difractometrul se

porneşte răcitorul şi apoi difractometrul icircmpreună cu PC-ul conectat la acesta După

lansarea aplicaţiei se porneşte procedura de pregătire a tubului de raze X prin apăsarea

butonului BREED Icircn urma acestei proceduri tubul de raze X se videază iar anodul şi

catodul se pregătesc pentru utilizare Această procedură poate fi efectuată icircn două

moduri rapid sau normal (icircn funcţie de perioada dintre utilizări) şi durează icircntre 5 şi 40

minute După finalizarea acesteia difractometrul este gata de utilizare şi proba poate fi

pozitionată pe suport Parametrii scanării pot fi introduşi icircn sistem prin intermediul

softului special destinat acestei operaţiuni şi apoi pornită analiza Analizele ce pot fi

efectuate cu ajutorul difractometrului diferă foarte mult icircn funcţie de tipul lor şi implicit

timpul de lucru poate fi de la cateva secunde pacircnă la 20 de ore Pot fi efectuate analize

referitoare la starea cristalină sau amorfă a unor materiale compoziţia chimică prezentă

anumitor faze starea de tensiune reziduală grosimea straturilor subţiri etc

Icircn timpul scanării probei datele colectate de detector (intensitatea fasciculelor

reflectate de către probă unghiul de reflexie etc) sunt analizate şi reprezentate grafic pe

monitorul calculatorului sub forma unei difractograme După finalizarea scanării icircn

funcţie de datele obţinute se efectuează analiza şi interpretarea acestora

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

72

Figura 1 Schema cu elementele de bază din componenta difractometrului

Icircn prezent razele X sunt produse icircn tuburi Roentgen vidate ce conţin un catod

incandescent (un filament de wolfram) ca sursă de electroni şi un anod sub forma unui

tub metalic răcit cu apă (vezi figura 2) La icircntacirclnirea electronilor (puternic acceleraţi de

tensiunea electrică dintre anod şi catod) cu anodul acesta emite radiaţii X care vor avea

lungimea de undă funcţie de materialul anodului (icircn cazul cuprului λ = 154 Aring)

Figura 2 Principiul de funcţionare a tubului de raze X

Sistemul de difracţie XrsquoPert PRO aflat icircn dotarea laboratorului are icircn componenţă

următoarele elemente de bază

- o consolă ce reprezintă incinta de lucru

- goniometru ce reprezintă componenta principală a difractometrului

Figura 3 Difractometrul de raze X

XrsquoPert PRO MRD

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

73

- tub ceramic de raze X (cu anod de Cu) montat pe unul din braţele goniometrului icircntr-

un suport special destinat şi echipat

- răcitor ndash are rolul de a menţine tubul de raze x la o temperatură optimă

- module optice pentru razele X incidente şi difractate de probă Aceste module sunt

montate icircn poziţii predefinite nefiind necesară o aliniere ulterioară a acestora

- un suport pentru probe ce poate fi schimbat icircn funcţie de tipul acesteia şi de

tipul măsurătorii solicitate

- un detector care analizează fasciculului de raze X difractat de către proba icircn

funcţie de o serie de parametri

Conceptul PreFIX asigură posibilitatea utilizării mai multor combinaţii de module

şi o rapiditate şi uşurinţă a poziţionării acestora icircn cadrul echipamentului

Icircn componenţa goniometrului intră

- tubul de raze X

- soller slit

- fante pentru unghiul incident

- măşti (reglează lăţimea fasciculului incident)

- suportul pentru probe

- fanta pentru razele difractate

- detectorul

Figura 4 Una din posibilele combinaţii de dispozitive ce pot fi montate

pe goniometrul difractometrului

Icircn componenţa difractometrului de raze X se găsesc mai multe elemente care

dirijează fasciculul incident către probă şi apoi cel difractat către detector

Făcacircnd o paralelă cu microscopul optic şi obiectivele acestuia putem spune că la

fel ca şi icircn cazul microscopului optic calitatea măsurătorilor efectuate cu ajutorul

difractometrului este foarte mult influenţată de tubul de raze X cacirct şi de detector

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

74

22 Tubul de raze X

Un tub de raze X are ca elemente principale un icircnveliş ce conţine un anod şi un

catod (filament) poziţionate icircntr-un cilindru de focalizare cu ferestre de ieşire pentru

razele X Principiul de lucru al tubului de raze X este următorul atunci cacircnd un curent

electric străbate filamentul de wolfram electronii emişi de acesta sunt acceleraţi spre

anod de către diferenţa mare de tensiune icircntre anod şi catod Electronii care părăsesc

anodul generează emisia de raze X acestea din urmă ieşind din tub prin ferestre de beriliu

Caracteristicile tehnice la care lucrează tubul de raze X sunt

- putere maximă 22 kW

- tensiune maximă 60 kV

- intensitate maximă 55 mA

- setări recomandate pentru capacitate maximă 40kV 55mA sau 45kV 45 mA

- randament 02

Figura 5 Secţiune prin tubul de raze X ndash Desen schematic

Icircn funcţie de natura probelor ce se doresc a fi analizate pot fi utilizate tuburi de

raze X cu anod de Mo Co Fe sau Cr

23 Detectorul

Detectorul aflat icircn componenţa difractometrului prezentat mai sus este un sistem

de detecţie a razelor X bazat pe tehnologia Medipix2 şi este optimizat pentru a fi utilizat

cu radiaţie de cupru cu o eficienţă de 94 dar poate fi utilizat şi cu alte tipuri de

radiaţii eficienţa acestuia avacircnd de suferit

Difractometrul de raze XrsquoPert PRO MRD aflat icircn dotarea laboratorului prezintă o

configuraţie a componentelor ce poate fi aplicată cu succes icircn mai multe domenii icircn

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

75

special icircn ceea ce priveşte analiza pulberilor a straturilor subţiri şi a probelor compacte

(metalice şi nu numai)

Figura 6 Detector PIXcel Figura 7 Exemplu de configuraţie a

dispozitivelor de difracţie de raze X pentru o pulbere

Procedura de analiză a unei probe este relativ simplă şi constă icircntr-o serie de paşi

ce trebuie respectaţi de către operator Astfel odată pus sub tensiune difractometrul se

porneşte răcitorul şi apoi difractometrul icircmpreună cu PC-ul conectat la acesta După

lansarea aplicaţiei se porneşte procedura de pregătire a tubului de raze X prin apăsarea

butonului BREED Icircn urma acestei proceduri tubul de raze X se videază iar anodul şi

catodul se pregătesc pentru utilizare Această procedură poate fi efectuată icircn două

moduri rapid sau normal (icircn funcţie de perioada dintre utilizări) şi durează icircntre 5 şi 40

minute După finalizarea acesteia difractometrul este gata de utilizare şi proba poate fi

pozitionată pe suport Parametrii scanării pot fi introduşi icircn sistem prin intermediul

softului special destinat acestei operaţiuni şi apoi pornită analiza Analizele ce pot fi

efectuate cu ajutorul difractometrului diferă foarte mult icircn funcţie de tipul lor şi implicit

timpul de lucru poate fi de la cateva secunde pacircnă la 20 de ore Pot fi efectuate analize

referitoare la starea cristalină sau amorfă a unor materiale compoziţia chimică prezentă

anumitor faze starea de tensiune reziduală grosimea straturilor subţiri etc

Icircn timpul scanării probei datele colectate de detector (intensitatea fasciculelor

reflectate de către probă unghiul de reflexie etc) sunt analizate şi reprezentate grafic pe

monitorul calculatorului sub forma unei difractograme După finalizarea scanării icircn

funcţie de datele obţinute se efectuează analiza şi interpretarea acestora

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

73

- tub ceramic de raze X (cu anod de Cu) montat pe unul din braţele goniometrului icircntr-

un suport special destinat şi echipat

- răcitor ndash are rolul de a menţine tubul de raze x la o temperatură optimă

- module optice pentru razele X incidente şi difractate de probă Aceste module sunt

montate icircn poziţii predefinite nefiind necesară o aliniere ulterioară a acestora

- un suport pentru probe ce poate fi schimbat icircn funcţie de tipul acesteia şi de

tipul măsurătorii solicitate

- un detector care analizează fasciculului de raze X difractat de către proba icircn

funcţie de o serie de parametri

Conceptul PreFIX asigură posibilitatea utilizării mai multor combinaţii de module

şi o rapiditate şi uşurinţă a poziţionării acestora icircn cadrul echipamentului

Icircn componenţa goniometrului intră

- tubul de raze X

- soller slit

- fante pentru unghiul incident

- măşti (reglează lăţimea fasciculului incident)

- suportul pentru probe

- fanta pentru razele difractate

- detectorul

Figura 4 Una din posibilele combinaţii de dispozitive ce pot fi montate

pe goniometrul difractometrului

Icircn componenţa difractometrului de raze X se găsesc mai multe elemente care

dirijează fasciculul incident către probă şi apoi cel difractat către detector

Făcacircnd o paralelă cu microscopul optic şi obiectivele acestuia putem spune că la

fel ca şi icircn cazul microscopului optic calitatea măsurătorilor efectuate cu ajutorul

difractometrului este foarte mult influenţată de tubul de raze X cacirct şi de detector

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

74

22 Tubul de raze X

Un tub de raze X are ca elemente principale un icircnveliş ce conţine un anod şi un

catod (filament) poziţionate icircntr-un cilindru de focalizare cu ferestre de ieşire pentru

razele X Principiul de lucru al tubului de raze X este următorul atunci cacircnd un curent

electric străbate filamentul de wolfram electronii emişi de acesta sunt acceleraţi spre

anod de către diferenţa mare de tensiune icircntre anod şi catod Electronii care părăsesc

anodul generează emisia de raze X acestea din urmă ieşind din tub prin ferestre de beriliu

Caracteristicile tehnice la care lucrează tubul de raze X sunt

- putere maximă 22 kW

- tensiune maximă 60 kV

- intensitate maximă 55 mA

- setări recomandate pentru capacitate maximă 40kV 55mA sau 45kV 45 mA

- randament 02

Figura 5 Secţiune prin tubul de raze X ndash Desen schematic

Icircn funcţie de natura probelor ce se doresc a fi analizate pot fi utilizate tuburi de

raze X cu anod de Mo Co Fe sau Cr

23 Detectorul

Detectorul aflat icircn componenţa difractometrului prezentat mai sus este un sistem

de detecţie a razelor X bazat pe tehnologia Medipix2 şi este optimizat pentru a fi utilizat

cu radiaţie de cupru cu o eficienţă de 94 dar poate fi utilizat şi cu alte tipuri de

radiaţii eficienţa acestuia avacircnd de suferit

Difractometrul de raze XrsquoPert PRO MRD aflat icircn dotarea laboratorului prezintă o

configuraţie a componentelor ce poate fi aplicată cu succes icircn mai multe domenii icircn

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

75

special icircn ceea ce priveşte analiza pulberilor a straturilor subţiri şi a probelor compacte

(metalice şi nu numai)

Figura 6 Detector PIXcel Figura 7 Exemplu de configuraţie a

dispozitivelor de difracţie de raze X pentru o pulbere

Procedura de analiză a unei probe este relativ simplă şi constă icircntr-o serie de paşi

ce trebuie respectaţi de către operator Astfel odată pus sub tensiune difractometrul se

porneşte răcitorul şi apoi difractometrul icircmpreună cu PC-ul conectat la acesta După

lansarea aplicaţiei se porneşte procedura de pregătire a tubului de raze X prin apăsarea

butonului BREED Icircn urma acestei proceduri tubul de raze X se videază iar anodul şi

catodul se pregătesc pentru utilizare Această procedură poate fi efectuată icircn două

moduri rapid sau normal (icircn funcţie de perioada dintre utilizări) şi durează icircntre 5 şi 40

minute După finalizarea acesteia difractometrul este gata de utilizare şi proba poate fi

pozitionată pe suport Parametrii scanării pot fi introduşi icircn sistem prin intermediul

softului special destinat acestei operaţiuni şi apoi pornită analiza Analizele ce pot fi

efectuate cu ajutorul difractometrului diferă foarte mult icircn funcţie de tipul lor şi implicit

timpul de lucru poate fi de la cateva secunde pacircnă la 20 de ore Pot fi efectuate analize

referitoare la starea cristalină sau amorfă a unor materiale compoziţia chimică prezentă

anumitor faze starea de tensiune reziduală grosimea straturilor subţiri etc

Icircn timpul scanării probei datele colectate de detector (intensitatea fasciculelor

reflectate de către probă unghiul de reflexie etc) sunt analizate şi reprezentate grafic pe

monitorul calculatorului sub forma unei difractograme După finalizarea scanării icircn

funcţie de datele obţinute se efectuează analiza şi interpretarea acestora

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

74

22 Tubul de raze X

Un tub de raze X are ca elemente principale un icircnveliş ce conţine un anod şi un

catod (filament) poziţionate icircntr-un cilindru de focalizare cu ferestre de ieşire pentru

razele X Principiul de lucru al tubului de raze X este următorul atunci cacircnd un curent

electric străbate filamentul de wolfram electronii emişi de acesta sunt acceleraţi spre

anod de către diferenţa mare de tensiune icircntre anod şi catod Electronii care părăsesc

anodul generează emisia de raze X acestea din urmă ieşind din tub prin ferestre de beriliu

Caracteristicile tehnice la care lucrează tubul de raze X sunt

- putere maximă 22 kW

- tensiune maximă 60 kV

- intensitate maximă 55 mA

- setări recomandate pentru capacitate maximă 40kV 55mA sau 45kV 45 mA

- randament 02

Figura 5 Secţiune prin tubul de raze X ndash Desen schematic

Icircn funcţie de natura probelor ce se doresc a fi analizate pot fi utilizate tuburi de

raze X cu anod de Mo Co Fe sau Cr

23 Detectorul

Detectorul aflat icircn componenţa difractometrului prezentat mai sus este un sistem

de detecţie a razelor X bazat pe tehnologia Medipix2 şi este optimizat pentru a fi utilizat

cu radiaţie de cupru cu o eficienţă de 94 dar poate fi utilizat şi cu alte tipuri de

radiaţii eficienţa acestuia avacircnd de suferit

Difractometrul de raze XrsquoPert PRO MRD aflat icircn dotarea laboratorului prezintă o

configuraţie a componentelor ce poate fi aplicată cu succes icircn mai multe domenii icircn

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

75

special icircn ceea ce priveşte analiza pulberilor a straturilor subţiri şi a probelor compacte

(metalice şi nu numai)

Figura 6 Detector PIXcel Figura 7 Exemplu de configuraţie a

dispozitivelor de difracţie de raze X pentru o pulbere

Procedura de analiză a unei probe este relativ simplă şi constă icircntr-o serie de paşi

ce trebuie respectaţi de către operator Astfel odată pus sub tensiune difractometrul se

porneşte răcitorul şi apoi difractometrul icircmpreună cu PC-ul conectat la acesta După

lansarea aplicaţiei se porneşte procedura de pregătire a tubului de raze X prin apăsarea

butonului BREED Icircn urma acestei proceduri tubul de raze X se videază iar anodul şi

catodul se pregătesc pentru utilizare Această procedură poate fi efectuată icircn două

moduri rapid sau normal (icircn funcţie de perioada dintre utilizări) şi durează icircntre 5 şi 40

minute După finalizarea acesteia difractometrul este gata de utilizare şi proba poate fi

pozitionată pe suport Parametrii scanării pot fi introduşi icircn sistem prin intermediul

softului special destinat acestei operaţiuni şi apoi pornită analiza Analizele ce pot fi

efectuate cu ajutorul difractometrului diferă foarte mult icircn funcţie de tipul lor şi implicit

timpul de lucru poate fi de la cateva secunde pacircnă la 20 de ore Pot fi efectuate analize

referitoare la starea cristalină sau amorfă a unor materiale compoziţia chimică prezentă

anumitor faze starea de tensiune reziduală grosimea straturilor subţiri etc

Icircn timpul scanării probei datele colectate de detector (intensitatea fasciculelor

reflectate de către probă unghiul de reflexie etc) sunt analizate şi reprezentate grafic pe

monitorul calculatorului sub forma unei difractograme După finalizarea scanării icircn

funcţie de datele obţinute se efectuează analiza şi interpretarea acestora

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

75

special icircn ceea ce priveşte analiza pulberilor a straturilor subţiri şi a probelor compacte

(metalice şi nu numai)

Figura 6 Detector PIXcel Figura 7 Exemplu de configuraţie a

dispozitivelor de difracţie de raze X pentru o pulbere

Procedura de analiză a unei probe este relativ simplă şi constă icircntr-o serie de paşi

ce trebuie respectaţi de către operator Astfel odată pus sub tensiune difractometrul se

porneşte răcitorul şi apoi difractometrul icircmpreună cu PC-ul conectat la acesta După

lansarea aplicaţiei se porneşte procedura de pregătire a tubului de raze X prin apăsarea

butonului BREED Icircn urma acestei proceduri tubul de raze X se videază iar anodul şi

catodul se pregătesc pentru utilizare Această procedură poate fi efectuată icircn două

moduri rapid sau normal (icircn funcţie de perioada dintre utilizări) şi durează icircntre 5 şi 40

minute După finalizarea acesteia difractometrul este gata de utilizare şi proba poate fi

pozitionată pe suport Parametrii scanării pot fi introduşi icircn sistem prin intermediul

softului special destinat acestei operaţiuni şi apoi pornită analiza Analizele ce pot fi

efectuate cu ajutorul difractometrului diferă foarte mult icircn funcţie de tipul lor şi implicit

timpul de lucru poate fi de la cateva secunde pacircnă la 20 de ore Pot fi efectuate analize

referitoare la starea cristalină sau amorfă a unor materiale compoziţia chimică prezentă

anumitor faze starea de tensiune reziduală grosimea straturilor subţiri etc

Icircn timpul scanării probei datele colectate de detector (intensitatea fasciculelor

reflectate de către probă unghiul de reflexie etc) sunt analizate şi reprezentate grafic pe

monitorul calculatorului sub forma unei difractograme După finalizarea scanării icircn

funcţie de datele obţinute se efectuează analiza şi interpretarea acestora

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

76

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 852Theta (deg)

0

10000

40000

90000

160000

Inte

nsity (

counts

)

Figura 8 Reprezentarea unei diagrame pentru un oţel călit

Icircn funcţie de tipul măsurătorii şi de natura probelor analizate configuraţia

difractometrului poate fi modificată Astfel cele trei suporturi pentru probe pot fi

schimbate icircntre ele icircntr-un timp relativ scurt (aproximativ 3 minute) fără proceduri sau

cunoştinte speciale ci doar urmacircnd o serie de paşi bine definiţi Fantele ce dirijează şi

icircngusteazălărgesc fasciculul de raze X pot fi detaşate sau introduse foarte uşor iar

poziţia tubului de raze X poate fi modificată icircn 10 minute

Tubul de raze X poate emite icircn două moduri linie şi punct icircn funcţie de precizia

măsurătorii de dimensiunea probei şi de tipul analizei (cea mai des utilizată este poziţia

ldquoline focusrdquo) Un aspect foarte important icircn ceea ce priveşte fasciculul de raze X este

faptul că de preferinţă acesta se doreşte a fi cacirct mai larg pentru a se obţine informaţii

clare cu privire la proba analizată dar din obligativitatea ca acesta să nu fie reflectat şi de

suportul probei şi astfel analiza să fie compromisă fasciculul de raze X este icircngustat cu

ajutorul fantelor

Figura 9 Tipuri de analize pentru cele două moduri de poziţionare a tubului de raze X

3 Modul de lucru

Studenţii vor participa la efectuarea unei analize demonstrative pe o probă la

alegere cu ajutorul difractometrului din dotarea laboratorului Se va avea icircn vedere

obţinerea de date despre distribuţia fazelor analiza chimică semicantitativă indici Miller

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

77

Tabelul nr1 Aplicaţii icircn care poate fi utilizat difractometrul XrsquoPert PRO MRD

Reprezentare

schematică a

probei

Reprezentare schematică a

fasciculului de raze X

Aplicaţii

Exemplu

Proba

policristalină

plată ndash

reflexie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie cu

rezoluţie mare

geometrie Bragg-

Brentano

Proba

policristalină

ndash transmisie

Identificare de faze

analiza

semicantitativă

cristalografie şi

orientare pentru

probe transparente

difracţie de raze X

pentru pulberi

Filme subţiri ndash

grosimea

stratului

Grosime densitate

şi analiza suprafeţei

utilizacircnd reflexia de

raze X

Filme subtiri -

identificare

Identificare de faze

Calitatea

straturilor

subţiri

Determinarea

calităţii straturilor

puternic orientate

Diferite

materiale

Tensiuni reziduale

utilizacircnd mişcarea

psi şi analiza de

textură icircn

combinaţie cu

mişcarea suportului

probei

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

78

ANEXĂ

Model de raport obţinut icircn urma analizei difractometrice

Document History

Insert Measurement

- File name = 3Pxrdml

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Default properties

- Measurement step axis = None

- Internal wavelengths used from anode material Copper (Cu)

- Original K-Alpha1 wavelength = 154060

- Used K-Alpha1 wavelength = 154060

- Original K-Alpha2 wavelength = 154443

- Used K-Alpha2 wavelength = 154443

- Original K-Beta wavelength = 139225

- Used K-Beta wavelength = 139225

- Fixed div slit size = 100000

- Spinner used = No

- Receiving slit size = 010000

- Step axis value = 000000

- Offset = 000000

- Sample length = 1000000

- Modification time = 01072010 152345

- Modification editor = Administrator

Determine Background

- Correction method = Automatic

- Bending factor = 5

- Use smoothed input data = Yes

- Granularity = 20

- Add to net scan = Nothing

- Modification time = 22022001 101743

- Modification editor = PANalytical

Search Peaks

- Minimum significance = 200

- Minimum tip width = 001

- Maximum tip width = 100

- Peak base width = 200

- Method = Minimum 2nd derivative

- Modification time = 20022001 115518

- Modification editor = PANalytical

Convert ADS To FDS

- Fixed Slit Size = 100000 [deg]

- Modification time = 05092008

- Modification editor = PANalytical

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

Analiza structurală prin difracția cu raze X Difractometrul de raze X

79

Search amp Match

- Data source = Profile and peak list

- Restriction = None

- Scoring schema = Multi phase

- Auto residue = Yes

- Match intensity = Yes

- Demote unmatched strong = Yes

- Allow pattern shift = No

- Two theta shift = 0

- Identify = Yes

- Max no of accepted patterns = 5

- Minimum score = 27

- Search depth = 6

- Min new lines total lines = 40

- Minimum new lines = 3

- Minimum scale factor = 006

- Modification time = 16022001 110307

- Modification editor = PANalytical

Anchor Scan Data

Pos [deg2Th] Iobs [cts] Iback [cts] D spacings

200036 235880300 235880300 235880300

200167 233156200 235817300 235817300

200298 236216500 235754300 235754300

200430 232532800 235691500 235691500

200561 230778400 235628800 235628800

200692 233994600 235566100 235566100

999145 214689100 210328500 210328500

999276 207081800 210317600 210317600

999407 210891300 210306700 210306700

999539 211144500 210295900 210295900

999670 212838000 210285000 210285000

999801 210356400 210274200 210274200

999932 210263300 210253900 210253900

Graphics

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447

LUCRAREA DE LABORATOR NR7

80

Anchor Scan Parameters

Dataset Name 3P

Measurement Date Time 01072010 131447

Raw Data Origin XRD measurement (XRDML)

Scan Axis Gonio

Start Position [deg2Th] 200036

End Position [deg2Th] 999932

Scan Type Continuous

Anode Material Cu

K-Alpha1 [Aring] 154060

K-Alpha2 [Aring] 154443

K-Beta [Aring] 139225

K-A2 K-A1 Ratio 050000

Goniometer Radius [mm] 24000

Dist Focus-Diverg Slit [mm]10000

No of Data Points 6093

Peak List

Pos[deg2Th] Height[cts] FWHM[deg2Th] d-spacing[Aring] RelInt[] Matched

395081 176084 02584 228099 2292 No

429744 414381 02584 210470 5394 No

445559 768220 01809 203360 10000 No

506515 188354 03101 180225 2452 No

524830 68419 03101 174359 891 No

741688 95701 06202 127852 1246 No

798112 67192 06202 120173 875 No

815902 81529 05168 117997 1061 No

898214 125445 07563 109107 1633 No

Scan List

Vis Start pos [deg2Th] End pos [deg2Th] Step [deg2Th] MeasDateTime

200036 999932 00131 01072010 131447