- •Мазмұны
- •1 Тарау. Құрылымдық кристаллографияның элементтері
- •1.1 Кеңістіктік тор және қарапайым ұяшық
- •- Сурет – Координатаның оң жақты жүйесі және қарапайым
- •1.1.5 Тiк бұрышты координатталар жүйесiндегi екi түзу арасындағы бұрыш.
- •1.2 Бравэ торлары
- •1.3 Жазықтық аралық арақашықтықтар
- •1.4 Кристаллографиялық проекциялар
- •12 Қабырғаларының (а) кристаллографиялық кешендерiмен (б, в) алмастыру қағидасы
- •1.4.1 Стереографиялық проекцияны құру принципi
- •1.4.2 Гномостереографиялық проекцияны тұрғызу қағидасы
- •1.5 Керi тор
- •1.6 Кристалды химияның негiздерi
- •1.7 Металдардың құрылымы және металл қорытпалардың фазалары
- •1.8 Кристалдық құрылыстың ақаулары
- •2 Тарау. Рентген құрылымды талдау тәсiлдерiнiң физикалық негiздерi
- •2.1 Рентген сәулелердiң табиғаты туралы қысқаша мәліметтер
- •2.2 Рентгендiк сәулеленудiң көздерi
- •2.3 Рентгендік сәулеленудiң спектрі
- •2.4 Рентген сәулелердiң затпен өзара әрекеттесуi
- •2.5 Вульф-Брэггтердiң теңдеуi
- •2.5.1 Зат арқылы өткенде рентген сәулеленудiң әлсiреуi
- •2 Қабат қалыңдығы, мм .10 - сурет– Бақылайтын үлгiлер қалындығының өзгеруiнен (5 және 7 мм) және материалдар табиғатынан (магний және темiр) рентген сәулелер қарқындылығының өзгеруi
- •2.6 Рентген сәулелердiң қосымша әдiстерi
- •2.6.1 Рентген сәулелердiң фотографиялық әсер етуге негiзделген тiркеу
- •2.7 Дифракционды максимумдардың қарқындылығына әсер ететiн факторлар
- •2.8 Рентген құрылымдық талдаудың қағидалары мен негiзгi әдiстерi
- •- Саңылаулы диафрагма;
- •3 Тарау. Рентген құрылымды талдаудың есептерi мен жаттығулары
- •3.1 Құрылымдық кристаллография және кристалдыхимия
- •3.2. Рентгендiк сәулелер шашырауының жалпы теориясы
- •3.2.1. Рентгендiк сәулеленудiң спектрлерi
- •3.2.2. Рентгендік сәулелердің әлсіреуі мен жұтылуы
- •3.3 Құрылымдық талдаудың тәжiрибелiк әдiстерi
- •3.3.1 Лауэ әдiсi
- •3.3.2 Кристалды айналдыру әдiсiмен зерттеу
- •3.3.3 Поликристалды нысандарды рентген құрылымдық зерттеу (ұнтақ әдiсi)
- •3.3.4 Фазалардың идентификациясы және фазалық талдау
- •3.3.5 Текстураның рентгенографиялық талдауы
- •3.3.6 Жұқа құрылымның параметрлерiн талдау
- •Рентгенография
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
ҚАРАҒАНДЫ МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Г.И. СҰЛТАМҰРАТ, Б.М. БОРАНБАЕВА
РЕНТГЕНОГРАФИЯ
Университеттің Ғылыми кеңесі
оқу құралы ретінде бекіткен
Қарағанды 2016
ӘОЖ 616.61-073.75(07)=512.122
КБЖ 53.6я7=632.4
С89
Университеттің Редакциялық-баспа кеңесі ұсынған
Пікір жазғандар:
Д.Қ. Мусин – ҚМИУ, МжәнеМ каф. доценті, техника ғылымдарының кандидаты;
Т.М. Бұзауова – ҚарМТУ, ТЖМжәнеС каф. доценті, техника ғылымдарының кандидаты;
Т.Ж. Жүкебаева - ҚарМТУ-дың Редакциялық - баспа кеңесінің мүшесі, техника ғылымдарының кандидаты, доцент.
Сұлтамұрат Г.И.
С89 Рентгенография: Оқу құралы / Г.И. Сұлтамұрат, Б.М. Боранбаева; Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті. -Қарағанды, ҚарМТУ баспасы, 2016.-114б.
ISBN
Металдар және қорытпалардың қасиеттерi олардың құрылымы арқылы анықталатыны белгiлi. Алайда, зерттеу нәтижесінде алынатын құрылым туралы болжам, қорытпалардың құрылысын зерттеу барысында қолданылатын әдiстерге тәуелдi болатынын ескере кеткен жөн.
«Рентгенография» оқу құралы бакалаврлар мен магистранттардың ғылыми білімдерін жетілдіруде құрылымдық кристаллографияның элементтерін, рентген құрылымды талдау тәсiлдерiнiң физикалық негiздерiн, рентген құрылымды талдаудың есептерi мен жаттығуларын толық қарастырғанда теориялық материалдарды түсініп білуге мүмкіндік береді.
Оқу құралы индустриалды-инновациялық дамудың мемлекеттік бағдарламасы (ИИДМБ, ГПИИР) бойынша оқытылатын «Металдар мен қорытпалардың рентгенографиясы» пәнін игеруге қажетті.
Оқу құралы 5В070900 «Металлургия», 5В071000 «Материалтану және жаңа материалдар технологиясы» мамандықтарының студенттеріне, 6М070900 «Металлургия» мамандығының магистранттарына және металлургиялық өнеркәсіптің инженерлі-техникалық жұмыскерлеріне арналған.
ӘОК 616.61-073.75(07)=512.122
ББК 53.6я7=632.4
ISBN © Қарағанды мемлекеттік
техникалық университеті, 2016
Мазмұны
Кiрiспе................................................................................................................ |
5 |
|
1 тарау. Құрылымдық кристаллографияның элементтері............................ |
8 |
|
|
1.1 Кеңістіктік тор және қарапайым ұяшық.............................................. |
8 |
|
1.1.1 Түйiндердiң индектерi................................................................. |
9 |
|
1.1.2 Нүктелер (түйiндер) арасындағы арақашықтық....................... |
9 |
|
1.1.3 Ұқсастық периоды............................... ....................................... |
9 |
|
1.1.4 Бағыт индекстері.............................. ........................................... |
10 |
|
1.1.5 Тiк бұрышты координатталар жүйесiндегi екi түзу арасындағы бұрыш...................................................................................... |
10 |
|
1.1.6 Кристаллографиялық жазықтықтардың индекстерi................. |
10 |
|
1.1.7 Тiкбұрышты координат жүйесiндегi жазықтық пен түзу арасындағы бұрыш...................................................................................... |
11 |
|
1.2 Бравэ торлары........................................................................................ |
12 |
|
1.3 Жазықтық аралық арақашықтықтар..................................................... |
13 |
|
1.4 Кристаллографиялық проекциялар...................................................... |
14 |
|
1.4.1 Стереографиялық проекцияны құру принципi......................... |
15 |
|
1.4.2 Гномостереографиялық проекцияны тұрғызу қағидасы.......... |
17 |
|
1.4.3 Вульф, Болдырев торлары.......................................................... |
18 |
|
1.5 Керi тор................................................................................................... |
20 |
|
1.6 Кристалды химияның негiздерi............................................................ |
22 |
|
1.6.1 Барынша көп толтыру принципі................................................. |
24 |
|
1.6.2 Координация.............................. .................................................. |
24 |
|
1.6.3 Октаэдрлiк және тетраэдрлiк кеуектер...................................... |
25 |
|
1.6.4 Атомдардың тығыз орналасу негiзiндегі күрделі құрылымдар.............................. .............................. .................................... |
25 |
|
1.6.5 Кристаллографиялық радиустер................................................. |
27 |
|
1.6.6 Атомдық (металдық) радиустер................................................. |
27 |
|
1.6.7 Иондық радиустар........................................................................ |
29 |
|
1.7 Металдардың құрылымы және металл қорытпалардың фазалары... |
30 |
|
1.8 Кристалдық құрылыстың ақаулары..................................................... |
32 |
2 тарау. Рентген құрылымды талдау тәсiлдерiнiң физикалық негiздерi..... |
38 |
|
|
2.1 Рентген сәулелердiң табиғаты туралы қысқаша мәліметтер............. |
38 |
|
2.2 Рентгендiк сәулеленудiң көздерi.......................................................... |
41 |
|
2.3 Рентгендік сәулеленудiң спектрі.......................................................... |
43 |
|
2.3.1 Тұтас рентгендік спектрi............................................................. |
43 |
|
2.3.2 Рентген сәулелердiң сипаттамалық спектрi.............................. |
45 |
|
2.4 Рентген сәулелердiң затпен өзара әрекеттесуi.................................... |
51 |
|
2.4.1 Фотоэлектрлiк эффект................................................................. |
51 |
|
2.4.2 Жылулық эффект......................................................................... |
51 |
|
2.4.3 Ионизация..................................................................................... |
51 |
|
2.4.4 Екiншi реттi сипаттамалық сәулеленуi...................................... |
52 |
|
2.4.5 Рентген сәулелердiң шашырауы................................................. |
52 |
|
2.4.6 Фотографиялық әсер.................................................................... |
52 |
|
2.4.7 Рентген сәулелердiң дифракциясы............................................. |
53 |
|
2.5 Вульф-Брэггтердiң теңдеуi................................................................... |
53 |
|
2.5.1 Зат арқылы өткенде рентген сәулеленудiң әлсiреуi................. |
54 |
|
2.6 Рентген сәулелердiң қосымша әдiстерi................................................ |
56 |
|
2.6.1 Рентген сәулелердiң фотографиялық әсер етуге негiзделген тiркеу.............................. .............................. ............................................... |
57 |
|
2.6.2 Пропорциялық санағыштар......................................................... |
58 |
|
2.6.3 Сцинтилляциялық детекторлар.................................................. |
58 |
|
2.6.4 Жартылай өткiзгiштiк детекторлар............................................ |
59 |
|
2.7 Дифракционды максимумдардың қарқындылығына әсер ететiн факторлар.............................. .............................. ........................................ |
60 |
|
2.7.1 Электронмен рентген сәулелердiң шашырауы......................... |
61 |
|
2.7.2 Атоммен рентген сәулелердiң шашырауы. Атомдық көбейткiш.............................. .............................. ........................................ |
62 |
|
2.7.3 Элементтар ұйяшықтан рентген сәулелердiң шашырауы........ |
63 |
|
2.7.4 Қайталану көбейткiшi.............................. ................................... |
71 |
|
2.7.5 Жылулық көбейткiшi.............................. .................................... |
73 |
|
2.7.6 Лоренцтiң бұрыштық көбейткiшi L(q)....................................... |
74 |
|
2.7.7 Абсорбциялық көбейткiш........................................................... |
76 |
|
2.7.8 Дифракциялық максимумдардың интегралды қарқындылығы.............................. .............................. ............................... |
76 |
|
2.8 Рентген құрылымдық талдаудың қағидалары мен негiзгi әдiстерi... |
77 |
|
2.8.1 Лауэ әдiсi немесе қозғалмайтын кристалл әдici........................ |
78 |
|
2.8.2 Айналу әдiсi.................................................................................. |
82 |
|
2.8.3 Ұнтақ әдiсi.................................................................................... |
85 |
|
2.8.4 Шоғырдың шашырау әдiсi.......................................................... |
87 |
3 тарау. Рентген құрылымды талдаудың есептерi мен жаттығулары.......... |
90 |
|
|
3.1 Құрылымдық кристаллография және кристалдыхимия..................... |
90 |
|
3.2. Рентгендiк сәулелер шашырауының жалпы теориясы...................... |
95 |
|
3.2.1. Рентгендiк сәулеленудiң спектрлерi......................................... |
95 |
|
3.2.2. Рентгендік сәулелердің әлсіреуі мен жұтылуы........................ |
96 |
|
3.3 Құрылымдық талдаудың тәжiрибелiк әдiстерi................................... |
98 |
|
3.3.1 Лауэ әдiсi....................................................................................... |
98 |
|
3.3.2 Кристалды айналдыру әдiсiмен зерттеу.................................... |
99 |
|
3.3.3 Поликристалды нысандарды рентген құрылымдық зерттеу (ұнтақ әдiсi) ........................................................................................... |
100 |
|
3.3.4 Фазалардың идентификациясы және фазалық талдау.............. |
100 |
|
3.3.5 Текстураның рентгенографиялық талдауы............................... |
102 |
|
3.3.6 Жұқа құрылымның параметрлерiн талдау................................. |
103 |
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.................................................................... |
105 |
|
Қосымшалар...................................................................................................... |
106 |
|
Кiрiспе
Металдар және қорытпалардың қасиеттерi олардың құрылымы арқылы анықталатыны белгiлi. Алайда, зерттеу нәтижесінде алынатын құрылым туралы болжам, қорытпалардың құрылысын зерттеу барысында қолданыланатын әдiстерге тәуелдi болатынын ескере кеткен жөн.
Үлгiнi ұлғайтқыш әйнек (лупа) қолдану арқылы немесе жәй көзбен зерттеу арқылы, макро құрылыс деңгейiнде қорытпаның құрылымын көруге болады. Шлифтi дайындап, оптикалық әдiстi қолдана отырып, металдардың түйiршiктiк құрылымын: түйiршiктiң пiшiнiн, шекара-ларының анық көрiнісін, фазалардың санын, олардың өзара орналасуын және т.б. анықтауға болады.
Егер электронды микроскопияны қолдана отырып, құрылымды зерттеудiң әдiсiн өзгертсек, онда түйiршiк одан да кiшкентай бөлiктерге – субтүйiршiктерге және тағы басқаға бөлiнетiнiн айқындауға болады.
Тәжiрибелiк жұмыста металлургтердiң алдында металдардың құрылымы мен қасиеттерінiң арасындағы өзара қарым-қатынасты орнату мақсаты туындайды. Мысалға, түйiршiк өлшемiнiң (d) пластиналық ығысу кедергiсiне () әсерi Петч-Холл формуласымен көрсетiлдi:
= 0 +kd-1/2 ,
мұндағы: 0 – монокристалдардың жылжуына кедергiсі;
k – материалдың табиғатына тәуелдi болатын коэффициент.
Шынында да, алғашында барлық тәжiрибелiк берiлгендер осындай тәуелдiлiкте болған. Бiрақ кейiн, материалды деформацияға немесе шынықтыруға ұшыратқанда, ауытқу пайда болатыны анықталды. Бұның себебi деформация кезiнде түйiршiктiң өлшемi дислокацияның өту аймағын шектейдi, бұл – тәуелдiліктi есептеуде алған. Егер материалды термиялық өңдеуге немесе алдын ала деформацияға ұшыратсақ, металдың жұқа құрылымында өзгерiстер орын алады. Дәннiң өлшемi алғашқы қалпында қалуы мүмкін, бiрақ дәннiң өзiнде деформацияның кедергiсiн жоғарылататын фрагментация және т.б. өзгерістер пайда болады.
Бұның бәрi мына тезистi растайды: атомдық-кристалдың құрылысынан бастап балқыма құрылымының әр деңгейi, микро- және макроқұрылымы қасиеттерге өз әсерiн тигiзедi.
Металтану мәселесiн шешуде екi тенденция бар: теориялық – модель жасау және тәжiрибелiк – эмпирикалық тәуелдiлiктi жасау. Қиын нысаналарды зерттегенде, бiз барлық факторларды ескере алмайтынымыз-ды атап өту керек. Көп факторлардың арасында маңыздылары да болады, ал кейбiреулерiн есепке алмауға да болады. Тек осындай ыңғайлы әдістерді таба отырып, объекттiң жақсы моделiн алуға болады. Сондықтан да алдыңғы қатарға екiншi жолдағы бағыт шығады.
Бұл бағытта да iстелген iс шара көп. Қазiргi таңда белгiлi бiр балқыманың қасиеттерiнiң шынайы болжамы - құрылысы мен қасиеттері арасындағы өзара қарым-қатынасына, оның құрамы және өңдеу технологиясы туралы тәжiрибелiк деректерге негiзделген.
Ғылыми фактiлердiң теориялық мағыналығы (балқымалардың теориясын құру) көптеген тәжiрибелiк деректердi талап етедi. Металдар мен балқымаларды зерттегенде, тәжірибелік сынақтардың әр түрлi әдiстерiн қолданады. Зерттеудiң физикалық әдiстерінiң арасындағы ең маңыздыларының бірі рентгендiк сәулелердi қолдануымен байланысты әдiстер – ол рентгенография әдісі.
Бұл сәулелердi 8.11.1895 жылы немiс физигi Вильгельм Конрад Рентген ашты, кейiнiрек оның атағымен сәулелерді рентгендi деп атады. 1901 жылы В.К. Рентгенге бірінші Нобель сыйлығының берiлуi осы жаңалықтың аса маңызды екендiгiн көрсетедi. Рентгендiк сәулелер өз табиғатына сай (радиотолқындар, көрiнетiн жарықтың сәулелерi, инфрақызыл және ультракүлгiн сәулелер сияқты) электромагниттiк тербелiстер түрінде болып келеді. Рентген сәулелерiнің басты айырмашылығы - олардың тербелiс жиiлiгiнің өте үлкендігі, ал толқын ұзындығының кiшi болуында (=с/v, - толқын ұзындығы, с жарық жылдамдығы; v – электромагниттiк тербелiстердiң жиiлiгi), қатты заттардағы атом аралық қашықтыққа шамалас.
Рентген сәулелерінiң ашылуы атом энергиясын тәжiрибелiк тұрғыда қолдануына әкелген ғылым мен техниканың дамуындағы жаңа дәуiрдің басталуына негіз салды. Рентген сәулелерінiң көмегiмен сәуле шашу табиғаты, сәуле шашу мен заттың арасындағы өзара байланыс қасиеттерін сипаттайтын кейбір маңызды заңдар сияқты атомның электрондық қабатының құрылысы жайында қымбат және мәнді мәліметтер алынды.
Рентгенография – рентген сәулелері және оларды қолданатын әр түрлi аймақтар туралы ғылым.
Рентген сәулелерiнiң керемет қасиеттерiне байланысты және олардың қолданылу әдiсiне қарай рентгенография рентгенқұрылымды, рентгенспектральдi талдау және рентгендi дефектоскопияға бөлiнедi.
Рентген құрылымды талдау – рентген сәулелерінiң дифракция құбылысына негiзделген. Рентген құрылымды талдау көмегiмен материал құрылымымен байланысты сұрақтарды шешуге болады:
- әртүрлi балқымалардың сандық және сапалық фазалық құрамын анықтау;
- балқымалардың күй диаграммасын зерттеу;
- iшкi кернеулердi анықтау;
- қаныққан қатты ерiтiндiлердiң ыдырауын зерттеу;
- болаттың термиялық өңдеуден кейін, прокаттау (таптау текстура-лары) және созу текстурасының кристалдық құрылымның бұзылуы және тағы басқа сапалық талдауын жүргiзу.
Рентген спектральдi талдау әрбiр рентген сәуле шашуына тән элементтер шығарған тез электрондармен сәулелену қасиеттерiне негiздел-ген. Рентгендi сәуле шашу спектрін талдау заттың химиялық құрамын анықтауға мүмкiндiк бередi. Жергілікті микроталдау әдiсiмен ликвациялық бiртексiздiктi, екi орталық шекарасы арқылы бөлек элементтердiң диффузиясын, пiсiрiлген тiгiстi, жұқа жабынды және тағы басқаларды зерттеуге болады.
Рентгендi дефектоскопия әртүрлі қалыңдықтағы мен тығыздық-тағы материалдардың тұнықтығы арқылы өтетін рентген сәулелерінің әр- түрлі ену қабілетіне негізделген. Рентгендi дефектоскопия материалдардың әртүрлi бiртексіздігiн, соның ішінде: шөгу қуысын, кеуектердi, сызаттарды, тiгiстердiң шала пiсiрiлуi, бөтен кiрiндiлердi және тағы басқаларды анықтауға көмектеседi.
Рентгенографиялық әдiстер ғылыми – зерттеу институттардың тәжірибесінде ғана емес, сонымен қатар, металлургиялық, машинажасау және өндiрiстiң басқа салаларындағы зауыттық зертханаларда кеңiнен қолданылады. Қазiргi кездегі рентгендік құрал-жабдықтар – бұл технологиялық процестер мен өндірістің өнім шығаруын бақылауға арналған қуатты бағдарламалық-аппараттық кешендер жинағы.
Қазiргi кездегі инженер-металтанушы рентгендік зертханаға білікті тапсырма бере алатындай және мамандыққа сай техникалық әдебиеттерден жақсы хабардар болу керек.