1

Рентгеноструктурный анализ монокристаллов

Метод вращающегося кристалла и его видоизменения являются наиболее точными и универсальными при определении кри­сталлических структур.

Оптимальный размер образцов в направлении первичного пучка

2 ¹ " — I— —_{) где} ^ — коэффициент ослабления, при этом наилучшими явля-

I¹

ются условия регистрации тех отражений, которые наиболее сильно ослабляются при съемке «на просвет». Обычно поперечный размер кри­сталла при съемке рентгенограммы вращения, а также при прямой съемке лауэграммы составляет 0,1—0,5 мм.

Камеры для исследования монокристаллов снабжаются гониомет­рическими головками, обеспечивающими наибольшую точность уста- гЮБКп образцов я удобство в работе.

Гониометрическая головка состоит из двух взаимно перпендику­лярных дуговых салазок, обеспечивающих поворот кристалла вокруг осей х и у, укрепленных на лимбе, который позволяет производить по­ворот вокруг оси z (рис. 86). Центры кривизны салазок находятся в одной точке, лежащей на оси первичного пучка, поэтому кристалл при повороте не уходит из пучка. Кроме дуговых салазок, гониометриче­ская головка снабжена еще двумя плоскими салазками, с помощью которых кристалл (или его ось) при съемке на прохождение устанав­ливается точно по оси головки. При этом гониометрическая головка с кристаллом устанавливается в камере (или в специальном установоч­ном микроскопе) и вращается.

Наблюдая за кристаллом через узкое отверстие диафрагмы камеры (или через окуляр микроскопа), перемещают образец, вращая микро­метрические винты плоских салазок до тех пор, пока не перестанет сме­щаться, т. е. пока его ось несовпадет с осью гониометрической головки.

Работа 24

Определение ориентировки монокристалла по методу лауэ Техника съемки лауэграммы

Обычно лауэграммы снимают на плоскую пленку при прямом или обратном ее расположении (рис. 87, а, б).

Пленку помещают в кассету и устанавливают перпендикулярно первичному пучку — оси диафрагмы. Размер диафрагмы 0,5-^-1 мм. Образец крепят либо на самой диафрагме,' либо на держателе гонио­метрической головки. Расстояние от образца до пленки 3 -г- 5 см, раз­мер пленки—10 X Ю см.

Выгодно использовать излучение от трубки с вольфрамовым ано­дом при напряжении 40—60 кв *. Возможно применять усиливающие экраны. Для уменьшения вуали от вторичного характеристического излучения целесообразно использовать фильтр—алюминиевую фольгу толщиной 0,1 мм. Первичный луч, прошедший сквозь образец, гасится свинцовой ловушкой с тонким дном, пропускающим ослабленный пу­чок, который дает центр на лауэграмме.

Съемка лауэграммы крупных кристаллов или отдельных зерен крупнозернистых поликристаллнческих шлифов производится при об­ратном расположении пленки (эпиграмма). При этом регистрируются

Рис. 87. Схемы съемки лауэграммы (а) и эпиграммы (б): С — кристалл; F — пленка; Z — ось зоны; ф — угол наклона оси зоны к падающему лучу

отражения под углами д > 45°, связанные в большинстве с волнами

о

длиной 0,8—1,2 А. Коротковолновые лучи могут вызвать сильное вто­ричное излучение. Поэтому рекомендуется использовать трубки с срав­нительно легкими анодами (при съемке железа — молибденовыми или серебряными) при небольших напряжениях (20—40 кв в зависимости от объекта и анода трубки).

Определение ориентировки кристалла по лауэграмме, снятой методом прямой съемки

IПри съемке на просвет симметрия расположения пятен относитель­но центра рентгенограммы соответствует симметрии кристалла относи­тельно оси или плоскости, совпадающей с направлением рентгенова луча. Если, например, при съемке кристалла кубической сингонии рентгенограмма имеет симметрию оси четвертого порядка, то, очевидно, рентгенов луч был параллелен оси куба [100]; симметрия оси третьего порядка указывает на параллельность луча оси октаэдра [111]. В общем случае от?иенти1}о.Ека кристалла может быть случайной и г¹ я'^{г 11} э. ^ир будут давать симметричной картины. Но во всех случаях при прямой съемке они расположатся по эллипсам, проходящим через центр лауэграммы (рис. 87, а). Все пятна одного и того же эллипса возникают при отра­жении лучей от семейств плоскостей, принадлежащих к одной и той же зоне. Если ось зоны составит с направлением первичного луча угол в 45°, то максимумы зоны лягут на параболу. Если этот угол будет боль­ше 45°, то максимумы лягут на гиперболу. При угле 90° максимум ля­

жет на прямую. Наиболее ясно Еыраженные эллипсы соответствуют зо­нам, оси которых имеют наименьшие индексы: <100>, <110>, <111>, <211 > и т. д.

Для определения ориентировки кристалла следует построить гно- мостереографические -проекции плоскостей, давших отражения. Далее необходимо выяснить принадлежность их к определенным зонам я про­вести индицирование. В результате определяются углы между задан­ными (внешними) координатными осями и главными 'кристаллографи­ческими направлениями .в образце.

Существует связь между поло­жением пятен лауэграммы я гяомо- стереографическими проекциями со­ответствующих плоскостей.

Как видно из рис. 88, гномосте- реографическая проекция отражаю­щей плоскости лежит на диаметре круга проекции, проходящем через след соответствующего отраженного луча (по другую сторону от цент­рального пятна), я отстоит от основ­ного круга проекции на угол ■&.

Рис. '88. Связь между положением ин­терференционных максимумов лауэграм­мы и гномостереографическими проек­циями плоскостей, вызвавших интерфе­ренцию

Из той же схемы ясно, что

tg 2£ = —, где I — расстояние от

пятна лауэграммы до центра; L — расстояние от образца до пленки. Индицирование пятеи лауэграм­мы, а также нахождение стереографических проекций интересующих нас направлений производится по стандартным сеткам

.

Практическая часть работы

за-

Съемка и замер рентгенограмм

Установить образец в желаемом поло­жении по отношению к направлению луча и к кассете. Получив рентгенограмму, нанести на ней координатные отметки, согласованные с положением образца (ось z — направление первичного пучка лучей, оси хну лежат в плоскости рентгенограммы параллельно ее краям). Полезно срезать верхний правый (от образца) угол пленки, чтобы в случае надоб­ности опознать лицевую и оборотную сторону пленки.

Пронумеровать пятна лауэграммы, выясняя их принадлежность к тем или иным эллипсам (рис. 89); измерить расстояния от пятен до центра I и рассчитать углы

Рис. 89. Схема лауэграммы с 9 интерференционными максимумами, расположен­ными на трех эллипсах

Все данные, вместе с оценкой интенсивности («сл», «ср», «С») мести в таблицу (табл. 1)

.

Таблица 1 Расчет лауэграммы Расстояние от оси образца до пленки L—... мм № зоны	№ пятна	Интен­сивность 1	1, мм	tg 2»	Ь	(.hkl)2	[цош]*»
1	1 2

* (hkl) — индексы отражающих плоскостей. ** [циш] — индексы осей зон.

Построение гномостереографической проекции

3. Скопировать лауэграмму на кальку (основной круг проекций диаметром 200 мм) так, чтобы центральное пятно — след первичного пучка лучей, совпадало с центром круга проекций, пронумеровать ско­пированные пятна лауэграммы и отметить на кальке стереографические проекции внешних осей х, у, г. Следует копировать, по крайней 'мере, три четко выраженных эллипса.

4. Построить гномостереограф'ические проекции плоскостей, дав­ших отражение на лауэграмме. Для этого необходимо поочередно вы­водить каждое пятно лауэграммы на горизонтальный диаметр сетки Вульфа, вращая кальку так, чтобы центр этой сетки совпадал с цент­ром круга проекций на кальке, и отсчитать по этому диаметру соответ­ствующий данному пятну угол Ф от основного круга со стороны, проти­воположной пятну 5 (рис. 90, а); полученные точки Р (гномостерео­граф'ические проекции) следует пронумеровать по пятнам лауэграммы. Точки гномостереографической проекции, соответствующие пятнам одного эллипса (плоскостям одной зоны), должны лечь на один мери­диан. Меридианы необходимо провести с помощью сетки Вульфа.

Индицирование пятен лауэграммы*

Индексы плоскостей, давших отражения, и проекции важных кри­сталлографических направлений находят при помощи стандартных проекций (табл. 30 приложений). Выбор стандартных проекций опреде­ляется индексами осей зон, давших эллипсы на лауэграмме.

3. Найти оси зон, углы между осями зон, определить вероятные индексы осей зон. Для нахождения проекций оси зоны следует совме­стить меридиан зоны (2, 1, 5) на кальке с меридианом сетки Вульфа и отметить точку, отстоящую от него на 90° по горизонтальному диамет­ру к центру (A₂s). Для измерения угла между осями зон А₂-₅—А₂-& (I-II); А2—б—-4₆-э (II-III); ^2-5—^6-9 (I-III)... надо попарно совместить их проекции с меридианом сетки Вульфа (рис. 90, а) и отсчитать угол между проекциями осей зон по меридиану.

К я

он, выбрать пару зсе

O^QT^ О Пи

ллшСии

Вероятные индексы осей зон легко подобрать, зная углы между этими осями р-,—п. ри—in и т. д. и используя уравнения в табл. 2 прило­жений. (Для кристаллов кубической сингонии можно использовать дан­ные табл. 3 приложений.) цая вероятные индексы

шими индексами <100> <110> <111> или <112> осей и изменить плоскость проекции так, чтобы ось зоны, представленной наибольшим

Рис. 90. Проекции, построенные по лауэграмме, изображенной на рис. 89:

о в