Nghiên cứu và phát triển phần mềm phân tích vật liệu nhiễu xạ tia X

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VŨ LONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU NHIỄU XẠ TIA X S K C 0 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY- 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VŨ LONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY- 605204 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VŨ LONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU NHIỄU XẠ TIA X NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY- 605204 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS LÊ CHÍ CƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2012 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Vũ Long Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16-04-1987 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 281A, ấp 3, xã Quới Sơn, huyện Châu Thành, tỉnh Bến Tre Điện thoại quan: Điện thoại nhà: (075)3860488 Fax: E-mail: vulonghui87@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …./… đến …./ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: khí chế tạo máy Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 7/ 2009 Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Tên đồ án tốt nghiệp: ứng dụng phần mềm visi-series gia công chi tiết khí Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: tháng 7/2009 ĐH Công Nghiệp Tp Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: Th.s Nguyễn Tuấn Hùng III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2009-2012 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Kỹ sƣ thiết kế Công ty TNHH VuLink i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Nguyễn Vũ Long ii LỜI CẢM ƠN  Sau hai năm theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đúc kết đƣợc kiến thức bổ ích cho chuyên môn Với đề tài nghiên cứu dƣới hình thức luận văn thạc sĩ, tác giả vận dụng kiến thức mà đƣợc trang bị để tiến hành giải toán thực tiễn Vì đề tài nghiên cứu giải vấn đề mẻ dựa sở tính toán lý thuyết lĩnh vực vật liệu dùng kỹ thuật nhiễu xạ X–quang, nên lúc đầu tiếp cận gặp nhiều bỡ ngỡ khó khăn Nhƣng với tận tình giáo viên hƣớng dẫn TS Lê Chí Cƣơng, với hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng nghiệp, luận văn đạt đƣợc kết nhƣ mong muốn Đến đây, cho phép tác giả gửi lời cám ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thầy TS Lê Chí Cƣơng – Khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Viện lƣợng nguyên tử Việt nam - Trung tâm hạt nhân Tp HCM Số 217 Nguyễn Trãi, Q1, Tp HCM - Quý thầy cô khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Phòng Đào tạo - Sau Đại học phòng khoa trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Một lần tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ, động viên quý báu tất ngƣời Xin trân trọng cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 Học viên thực luận văn Nguyễn Vũ Long iii TÓM TẮT Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy đƣợc ứng dụng rộng rãi giới Từ đời đến nay, phƣơng pháp nhiễu xạ x-quang đã đƣợc ứng dụng để phân tích cấu trúc vật liệu tinh thể , xác định thành phần hóa học, tỷ lệ pha phân tích ứng suất Ứng dụng lập trình vào khoa học kỹ thuật, vào công việc hàng ngày đƣợc phát triển mạnh mẽ Các phần mềm ứng dụng xuất tất ngóc ngách sống ngƣời Thiết bị di động, máy vi tính, vật gia dụng gia đình … tất điều đƣợc lập trình để thực công việc phục vụ cho nhu cầu ngƣời Đề tài “Nghiên cứu phát triển phần mềm phân tích vật liệu Xquang” đƣợc thực nhầm mục đích phát triển đƣợc phần mềm phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang ngôn ngữ C# Phần mềm giúp ngƣời sử dụng phân tích liệu nhiễu xạ, phân tích ứng suất, xác định tỉ lệ pha, xác định hệ số đàn hồi, module young cho vật liệu cách nhanh chóng có đƣợc liệu nhiễu xạ X-quang thích hợp Giúp cho việc nghiên cứu phân tích vật liệu phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang đạt suất hiệu kinh tế cao Đề tài đƣợc tác giả nghiên cứu thực thời gian khoảng 10 tháng Trong thời gian đó, tác giả nghiên cứu tài liệu nhiễu xạ X-quang, công trình nghiên cứu nƣớc Ứng dụng lý thuyết nghiên cứu đƣợc vào lập trình Đến tác giả hoàn thành đƣợc mục tiêu đề ra, phần mềm X-Pro 1.0 đƣợc phát triển để thực phân tích vật liệu dựa lý thuyết nhiễu xạ X-quang Hiện tại, phần mềm X-Pro 1.0 thực chức phân tích tính toán nhƣ sau + Phân tích liệu + Tính ứng suất + Xác định tỉ lệ pha vật liệu song pha + Xác định hệ số đàn hồi, module young iv ABSTRACT X-ray diffraction method, which is one of non-destructive testing methods, is worldwide using Since its appearance, the X-ray diffraction method has applied in analyzing the structure of crystal materials, identifying chemical component, mix ratio, and analyzing stress Programming application in technology which is using in daily work is rapidly developing Application software can be found in all fields of our life Mobile equipment, computer, household appliance, etc., are programmed to tasks that serve our demands Topic “Research and development in software for material analysis using Xray” is processed based on X-ray diffraction method This software helps users analyze diffractive data, analyze stress, determine mix ratio, elastic ratio, Young’s modulus for material quickly when they have appropriate X-ray diffraction data It also helps the researches on material analysis using X-ray diffraction method gain high productivity and commercial efficiency The topic is researched and processed in about ten months During process, author researched and referenced documents about X-ray diffraction from domestic and foreign resources The author also turned the research theory into programing As a result, the author has finished the research and introduced X-Pro 1.0 which is used to analyze material based on X-ray diffraction theory At present, X-pro 1.0 can carry out these following performances: + Data analysis + Stress determination + Determining mix ratio for duplex materials + Determining elastic ratio, Young’s modulus v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỘT SỐ KÝ HIỆU  bƣớc sóng 2 góc nhiễu xạ D khoảng cách mặt phẳng phân tử ( hkl ) n phản xạ bậc cao h,k,l số Miller (hkl) mặt nhiễu xạ  ứng suất độ lệch chuẩn S Giá trị ứng suất  lực căng Ψ góc tạo phƣơng pháp tuyến mẫu đo với phƣơng pháp tuyến họ mặt phẳ ng nguyên tƣ̉ nhiễu xa ̣ Ψo góc tạo phƣơng pháp tuyến mẫu đo tia tới X  góc phân giác của tia tới và tia nhiễu xa ̣ X o góc tạo phƣơng pháp tuyến họ mặt phẳng nhiễu xạ tia tới X  góc tạo tia tới X phƣơng ngang  góc tạo tia nhiễu xạ phƣơng ngang  hằ ng số hấ p thụ ( phụ thuộc vào đặc tính tia X loại vật liệu mẫu đo ) E module Young  hệ số Poison K số ứng suất p vị trí đỉnh đƣờng nhiễu xạ LPA hệ số Lorentz hấp thụ B bề rộng đƣờng nhiễu xạ c bƣớc góc đo t thời gian chu kỳ xung M,N hệ số góc hệ số chặn đƣờng thẳng đồ thị sin2 Ψ z,y cƣờng độ nhiễu xạ chƣa hiệu chỉnh LPA vi DANH MỤC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Máy chụp tia x quang Russell Reynold phát triển Hình 2.1: Nguyên lý nhiễu xạ theo đinh ̣ luâ ̣t Bragg Hình 2.2: Phƣơng pháp đo kiểu  Hình 2.3: Phƣơng pháp cố định  Hình 2.4: Phƣơng pháp đo kiểu  cố định o Hình 2.5: Phƣơng pháp đo kiểu  Hình 2.6: Phƣơng pháp đo kiểu  cố định  Hình 2.7: Phƣơng pháp đo kiểu  cố định o 10 Hình 2.8: Hiệu chỉnh đƣờng nhiễu xạ 11 Hình 2.9: Phƣơng pháp trọng tâm 15 Hình 2.10: Phƣơng pháp bề rộng trung bình 17 Hình 2.11: Dữ liệu nhiễu xạ thô 17 Hình 2.12: Dữ liệu sau làm mịn với nL=nR=9 18 Hình 2.13: Đƣờng thẳng tiếp tuyến với liệu 19 Hình 2.14: Đƣờng thẳng tiếp tuyến điểm thứ i 19 Hình 2.15: Đơn vị nhiễu xạ 20 Hình 2.16: Xác định liệu nhiễu xạ mặt nhiễu xạ 22 Hình 2.17: Hệ tọa độ sử dụng đo lƣờng ứng suất 24 Hình 2.18: Xác định ứng suất từ phƣơng pháp sin  i 27 Hình 2.19: Tính lƣợng nhiễu xạ 30 Hình 2.20: Giản đồ nhiễu xạ 31 Hình 2.21: Giản đồ nhiễu xạ cần khử bỏ 31 Hình 2.22: Giản đồ nhiêu xạ không cần khử bỏ 32 Hình 2.23: Chọn (xo,yo) (xn,yn) bằ ng lầ n bề rô ̣ng trung bin ̀ h 32 Hình 3.1: Cấu trúc phần mềm X-Pro 1.0 41 Hình 3.2: Giản đồ phân tích đƣờng nhiễu xạ 43 Hình 3.3: Giản đồ tính ứng suất 44 Hình 3.4: Giản đồ xác định tỉ lện pha 47 vii Hình 3.5: Giản đồ tính hệ số đàn hồi modun young 49 Hình 3.6: Định dạng tập tin liệu phần mềm X-Pro 1.0 50 Hình 3.7: Cửa sổ phầm mềm phân tích vật liệu 51 Hình 3.8: Dữ liệu nhiễu xạ cần phân tích 52 Hình 3.9: Cửa sổ kết phân tích liệu 53 Hình 3.10: Kết xuất từ phần mềm 54 Hình 3.11: Thực đơn chƣơng trình tính ứng suất 54 Hình 3.12: Cửa sổ vật liệu hệ số đàn hồi 55 Hình 3.13: Cửa sổ thêm vật liệu 55 Hình 3.14: Cửa sổ sửa vật liệu 56 Hình 3.15 Thông báo lỗi chƣa chọn vật liệu 57 Hình 3.16: Thông báo lỗi chƣa chọn nguồn x-quang 58 Hình 3.17: Cửa sổ tính ứng suất 58 Hình 3.18: Hộp thoại hiệu chỉnh LPA 58 Hình 3.19: Cửa sổ thể kết tính ứng suất 59 Hình 3.20: Bảng so sánh kết có thực hiệu chỉnh 60 Hình 3.21: Bảng kết tính toán tất phƣơng pháp 60 Hình 3.22 : Cửa sổ mở tập tin tính hệ số đàn hồi, modun young 61 Hình 3.23: Kết xác định hệ số đàn hồi 62 Hình 3.24: Thực đơn chức xác định tỉ lệ pha 63 Hình 3.25: Cửa sổ tính tỉ lệ pha 63 Hình 3.26: Cửa sổ chƣơng trình xác định pha 64 Hình 3.27: Năng lƣợng nhiễu xạ ta chọn mặt nhiễu xạ pha 65 Hình 3.28: Cửa sổ thị kết xác định tỉ lệ pha 66 Hình 4.1: Giản đồ nhiễu xạ cho mẫu chuẩn CeO2 68 Hình 4.2 : Dữ liệu nhiễu xạ vật liệu CeO2 69 Hình 4.3 : Kết phân tích liệu nhiễu xạ CeO2 69 Hình 4.4: Các vùng mẫu đƣợc thực nhiễu xạ x-quang 71 Hình 4.5 : Kết ứng suất dƣ vùng 71 Hình 4.6 : Cửa sổ vật liệu hệ số đàn hồi 72 Hình 4.7: Kết tính ứng suất vùng 72 viii Hình 4.8: Cửa sổ mở liệu xác định tỉ lệ pha 74 Hình 4.9: Hộp thoại thông báo lỗi chƣa nhập bƣớc sóng 74 Hình 4.10: Cửa sổ chọn pha để xác định tỉ lệ 75 Hình 4.11: Cửa sổ xác định lƣợng nhiễu xạ 75 Hình 4.12: Cửa sổ hiển thị kết xác định tỉ lệ pha 76 ix DANH MỤC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 : Hệ số hấp thu phƣơng pháp iso-inclination side-inclination 11 Bảng 2.2 : Bảng gí trị sin2/n 22 Bảng 2.3 : Chỉ số Miller cho hệ mạng lập phƣơng tâm mặt 23 Bảng 4.1: So sánh kết phân tích liệu X-Pro 1.0 kết mẫu 70 Bảng 4.2 : So sánh kết tính ứng suất 73 Bảng 4.3: So sánh kết xác định tỉ lệ pha 77 x MỤC LỤC Tiêu đề Trang Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT .iv ABSTRACT v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG .x MỤC LỤC xi Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Ứng dụng nhiễu xạ x-ray phân tích vật liệu nƣớc giới 1.1.1 Tình hình nƣớc .1 1.1.2 Tình hình quốc tế .1 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài .3 1.3.2 Giới hạn đề tài 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .3 1.3.4 Điểm luận văn Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm x-quang 2.2 Định luật Bragg 2.3 Các phƣơng pháp đo 2.3.1 Phƣơng pháp đo kiểu  2.3.2 Phƣơng pháp side-inclination (kiểu ) 2.4 Hiệu chỉnh đƣờng nhiễu xạ x-ray 10 xi 2.4.1 Hiệu chỉnh 10 2.4.2 Hiệu chỉnh hệ số LPA .11 2.5 Phƣơng pháp xác định vị trí đỉnh 12 2.5.1 Phƣơng pháp parabol .12 2.5.2 Phƣơng pháp đƣờng cong Gaussian 14 2.5.3 Phƣơng pháp trọng tâm 15 2.5.4 Phƣơng pháp bề rộng trung bình 15 2.6 Làm mịn liệu 17 2.7 Nguyên lý phân tích đƣờng nhiễu xạ 19 2.7.1 Nguyên lý xác định mặt nhiễu xạ hkl .19 2.7.2 Xác định đỉnh nhiễu xạ từ mặt nhiễu xạ thu đƣợc 22 2.7.3 Xác định số hkl mặt nhiễu xạ[3] 22 2.8 Nguyên lý đo ứng suất x-ray 24 2.9 Xác định modul Young, hệ số poisson số ứng suất từ phƣơng pháp nhiễu xạ x-ray 28 2.10 Lý thuyết xác định tỉ lệ pha dƣ̣a vào lƣơ ̣ng nhiễu xa ̣ toàn phầ n của mỗi pha 29 2.10.1 Công thƣ́c tiń h tỷ lê ̣ pha dƣ̣a vào lƣơ ̣ng nhiễu xa ̣ .29 2.10.2 Xác định lƣợng Eij pha: .30 2.10.3 Phƣơng pháp tiến hành xƣ̉ lý dƣ̣ liê ̣u đo đa ̣c .31 2.10.3.1 Hiệu chỉnh nhiễu xạ 31 2.10.3.2 Chọn phạm vi bề rô ̣ng đáy nhiễu xạ X : 32 Chƣơng 3: PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 33 3.1 Lập trình ứng dụng công nghiệp kỹ thuật 33 3.1.1 Tổng quan lập trình .33 3.1.1.1 Assembly 33 3.1.1.2 Fortran 34 3.1.1.3 Cobol 34 3.1.1.4 Ngôn ngữ lập trình Pascal 34 3.1.1.5 Ngôn ngữ lập tình C .36 3.1.1.6 Ngôn ngữ C++ 36 xii 3.1.1.7 Ngôn ngữ lập trình C# 37 3.1.1.8 Ngôn ngữ lập trình JAVA 38 3.1.1.9 Visual Basic 39 3.1.1.10 Các ngôn ngữ khác .39 3.1.2 Ứng dụng công nghiệp kỹ thuật 40 3.1.3 Chọn ngôn ngữ lập trình 40 3.2 Chƣơng trình phân tích vật liệu từ nhiễu xạ x-ray 41 3.2.1 Cấu trúc chƣơng trình 41 3.2.2 Sơ đồ khối chƣơng trình 42 3.2.2.1 Phân tích liệu nhiễu xạ 42 3.2.2.2 Tính ứng suất .44 3.2.2.3 Tỉ lệ pha .46 3.2.2.4 Hệ số đàn hồi .48 3.2.3 Giao diện thao tác chƣơng trình 50 3.2.3.1 Phân tích vật liệu 51 3.2.3.2 Tính ứng suất 54 3.2.3.3 Tính hệ số đàn hồi 61 3.2.3.4 Xác định tỉ lệ pha 63 Chƣơng 4: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU.68 4.1 Kiểm nghiệm phân tích liệu nhiễu xạ vật liệu CeO2 68 4.2 Kiểm nghiệm xác định ứng suất ứng suất mối hàn ma sát hợp kim nhôm 1060 71 4.3 Kiểm nghiệm xác định tỉ lệ pha thép không gỉ song pha SCS 14 73 Chƣơng : KẾT LUẬN 77 5.1 Kết đạt đƣợc 77 5.2 Hƣớng phát triển đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Ứng dụng nhiễu xạ x-quang phân tích vật liệu nƣớc giới 1.1.1 Tình hình nƣớc Việc nghiên cứu ứng dụng x-quang kỹ thuật dần đƣợc thực nhiều nƣớc ta Ở nƣớc ta x-quang đƣợc sử dụng rộng rãi y học để chuẩn đón hình ảnh, có nhiều đề tài nghiên cứu x-quang lĩnh vực địa chất Trong lĩnh vực khí, có nhiều đề tài nghiên cứu x quang để phân tích vật liệu nhƣ tính ứng suất, tỉ lệ pha, kích thƣớc tinh thể, chiều dày lớp mạ … Tuy nhiên việc nghiên cứu dừng lại mức tìm hiểu, nắm bắt vấn đề để ứng dụng vào thực tiễn Chƣa có nghiên cứu đột phá, phát x-quang nƣớc ta Ứng dụng x-quang để phân tích vật liệu nƣớc ta bƣớc đầu phát triển dần ứng dụng vào thực tế Nhƣng chƣa có phần mềm phân tích vật liệu sử dụng lý thuyết nhiễu xạ x quang để giúp việc tính toán diễn nhanh chóng đạt tính kinh tế, việc tính toán phân tích thực thủ công sử dụng số phần mềm không chuyên dụng để hỗ trợ tính toán nhƣ Ogirin, Excell … 1.1.2 Tình hình quốc tế Trên giới, việc nghiên cứu ứng dụng x quang đƣợc phát triển từ lâu Năm 1896 Rogen phát tia x, ảnh chụp x quang đƣợc chụp Rontgen bàn bàn tay vợ ông Từ nghiên cứu Rontgen, nha khoa học Russell Reynold phát minh máy chụp chiếu tia X-quang giới vào năm 1896 Phát minh gây sửng sốt y học giới đại Ngƣời ta không ngờ đƣợc máy móc cho phép nhìn thấu phận bên thể phát đƣợc bệnh tật Trƣớc nghiên cứu bị coi viễn tƣởng Vào khoảng năm 1975, việc Hình 1.1: Máy chụp tia x quang Russell Reynold phát triển nghiên cứu x quang đƣợc phát triển mạnh mẽ, nhiều lý thuyết việc ứng dụng x quang nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên cứu cấu trúc bên vật liệu mờ đƣợc đời Hiện nƣớc phát triển giới nghiên cứu sâu khả x quang, cho nhiều nghiên cứu để ứng dụng x quang khoa học kỹ thuật Có nhiều phần mềm giúp phân tích liệu nhiễu xạ x-ray CIAO 1.2 Mục đích đề tài Nghiên cứu phát triển vật liệu vấn đề quan trọng công nghệ khoa học kỹ thuật Khi ngƣời phát đƣợc vật liệu đó, để hiểu rõ tính chất nó, nhà khoa học phải nghiên cứu phân tích, xác định tính chất tính, lý tính, hóa tính để phục vụ cho nhiều mục đích khác Hay nghiên cứu chế tạo sản phẩm đó, ta phải nghiên cứu sử dụng loại vật liệu phù hợp với yêu cầu, chịu đƣợc tải trọng định, độ ăn mòn, nhiệt độ … Hiện có nhiều phƣơng pháp phân tích vật liệu phổ biến nhƣ x quang, kim tƣơng, kính hiển vi điện tử, phân tích nhiệt Trong số phƣơng pháp đó, phƣơng pháp nhiễu xạ x-quang đem lại hiệu suất cao không phá hủy phân tích xác đƣợc nhiều vấn đề liên quan đến vật liệu nhƣ ứng suất, kích thƣớc tinh thể, tỉ lệ pha vật liệu, hệ số đàn hồi, chiều dày lớp mạ … dễ dàng để tự động hóa Ngày nay, với đời máy vi tính phát triển nhƣ vũ bão công nghệ thông tin Máy tính có tốc độ xử lý ngày cao, giúp ta thực đƣợc khối lƣợng tính toán vô lớn thời gian ngắn Do đó, việc ứng dụng lập trình vào việc tính toán phân tích khó, dài dòng cần thiết, giúp ta rút ngắn thời gian làm việc, đạt hiệu công việc cao Do đó, mục đích đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phần mềm phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu xạ x quang Phần mềm giúp cho việc phân tích vật liệu trở nên nhanh chóng hơn, giúp ngƣời sử dụng xác định cách nhanh chống giá trị nhƣ ứng suất dƣ, tính, tỉ lệ pha, kích thƣớc tinh thể, chiều dày lớp mạ vật liệu có liệu nhiễu xạ vật liệu 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu lý thuyết liên quan nhiễu xạ x-quang ứng dụng vào việc phân tích vật liệu từ kết nhiễu xạ x-quang Phát triển hệ thống phần mền phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu xạ x-quang 1.3.2 Giới hạn đề tài Do thời gian thực đề tài hạn chế, nên đề tài tập trung phát triển hệ thống phần mềm chủ yếu việc xác định ứng suất vật liệu, tính, tỉ lệ pha vật liệu 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Dựa vào tài liệu có giới lý thuyết nhiễu xạ x-quang để tìm hiểu cách thức nhiễu xạ x-quang vật liệu nhƣ Tham khảo tài liệu giới để tìm hiểu phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu dựa liệu nhiễu xạ x-quang Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình C# để lập trình phát triển phần mền phân tích vật liệu Tiến hành tính toán phân tích lại liệu nhiễu xạ x-quang đƣợc tính toán xác thực để kiểm nghiệm tính xác phần mềm 1.3.4 Điểm luận văn Phát triển phần mềm hoàn toàn Việt, dựa lý thuyết nhiễu xạ x-quang đƣợc nghiên cứu để phân tích vật liệu Giúp việc phân tích vật liệu dựa liệu nhiễu xạ x-quang từ máy nhiễu xạ trở nên nhanh chóng thuận tiện Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm x-quang X-quang đƣợc phát vào năm 1985 nhà vật lý ngƣời Đức Röntgen Không nhƣ ánh sang thông thƣờng, tia không thấy đƣợc mắt thƣờng, nhƣng chúng theo đƣờng thẳng tác động lên phim hình giống nhƣ ánh sáng Ở mặt khác, chúng xuyên thấu nhiều ánh sáng dễ dàng qua thể ngƣời, gỗ, mẫu kim loại mỏng đối tƣợng “không suốt khác” Không phải lúc cần thiết hiểu thứ việc sử dụng nó, tia x đƣợc dùng cách trực tiếp thầy thuốc chậm chút kỹ sƣ, ngƣời muốn nghiên cứu cấu trúc bên đối tƣợng mờ Nơi đặt nguồn x-ray phía đối tƣợng phim ảnh phía khác, hình ảnh bóng đối tƣợng phim chụp x quang, đƣợc tạo ra, phần dày đặc đối tƣợng chấp nhận tỉ lệ cao lƣợng xạ x qua cao phần khác Theo cách điểm gãy cấu trúc bị vỡ vị trí khe nức kim loại đúc đƣợc xác định Việc chụp ảnh tia X đƣợc bắt đầu dụng ta chƣa có hiểu biết xạ, đến năm 1912 chất xác tia x đƣợc thành lập Trong năm này, tƣợng nhiễu xạ tia x tinh thể đƣợc khám phá phát đồng thời chứng minh đƣợc chất sóng tia x cung cấp phƣơng pháp để nghiên cứu sâu vật chất Mặt dù phép chụp tia x công cụ quan trọng áp dụng đƣợc diện rộng, giới hạn bên chi tiết cho ta thấy đƣợc kích thƣớc khoảng 10 -3mm Sự nhiễu xạ, mặt khác, gián tiếp xác định đƣợc chi tiết bên cấu trúc với mức 10-7mm, với nghiên cứu đƣợc ứng dụng vào vấn đề vật liệu 2.2 Định luật Bragg Định luật Bragg, đƣợc W L Bragg thiết lập vào năm 1933, thể mối quan hệ bƣớc sóng tia X khoảng cách mặt nguyên tử [13,14] Khi chiếu tia X có bƣớc sóng (10-4 – 102  ) tƣơng ứng với khoảng cách mặt phẳng nguyên tử vào vật rắn tinh thể sẻ xuất tia nhiễu xạ với cƣờng độ phƣơng khác nhau, phƣơng nhiễu xạ phụ thuộc vào bƣớc sóng xạ tới chất mẩu tinh thể Định luật Bragg thiết lập mối quan hệ bƣớc sóng tia X khoảng cách mặt nguyên tử Các giả thuyết : Các mặt phẳng nguyên tử phản xạ xạ tới phải độc lập, tia tới phải tán xạ hoàn toàn Giả sử hai mặt phẳng nguyên tử song song A-A’ B-B’ có số Millier h,k,l cách khoảng cách hai mặt phẳng nguyên tử dhkl, xem mặt tinh thể tâm tán xạ nguyên tử mặt tinh thể phản xạ giống nhƣ gƣơng tia X Hình 2.1: Nguyên lý nhiễu xạ theo đinh ̣ luâ ̣t Bragg Giả sử hai tia đơn sắc, song song pha với bƣớc sóng  chiếu vào hai mặt phẳng dƣới góc  Hai tia bị tán xạ nguyên tử P Q cho hai tia phản xạ 1’ 2’ dƣới góc  so với mặt phẳng này, hình 2.1 Sự giao thoa tia X tán xạ 1’ 2’ xảy hiệu quãng đƣờng 1-P-1’ 2-Q-2’ , tức SQ + QT , số nguyên lần bƣớc sóng Nhƣ điều kiện nhiễu xạ : n = SQ + QT (2.1) n = 2dhkl sin (2.2) Trong đó: n = , , đƣợc gọi bậc phản xạ [...]... x- quang Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình C# để lập trình phát triển phần mền phân tích vật liệu Tiến hành tính toán phân tích lại các dữ liệu nhiễu x x- quang đã đƣợc tính toán x c thực để kiểm nghiệm tính chính x c của phần mềm 1.3.4 Điểm mới của luận văn Phát triển 1 phần mềm hoàn toàn mới thuần Việt, dựa trên các lý thuyết về nhiễu x x- quang đã đƣợc nghiên cứu để phân tích vật liệu Giúp việc phân tích vật. .. kích thƣớc tinh thể, chiều dày lớp mạ của vật liệu khi có dữ liệu nhiễu x của vật liệu đó 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 2 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài Nghiên cứu các lý thuyết liên quan về nhiễu x x- quang và ứng dụng vào việc phân tích vật liệu từ kết quả nhiễu x x- quang Phát triển hệ thống phần mền phân tích vật liệu dựa trên phƣơng pháp nhiễu x x- quang 1.3.2 Giới hạn của đề tài Do thời... trung phát triển hệ thống phần mềm chủ yếu trong việc x c định ứng suất của vật liệu, cơ tính, tỉ lệ pha của vật liệu 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Dựa vào các tài liệu hiện có trên thế giới về lý thuyết nhiễu x x- quang để tìm hiểu cách thức nhiễu x của x- quang trên vật liệu nhƣ thế nào Tham khảo tài liệu trên thế giới để tìm hiểu phƣơng pháp x c định các tính chất vật liệu dựa trên dữ liệu nhiễu x x- quang... cho ra nhiều nghiên cứu để ứng dụng x quang trong khoa học kỹ thuật Có nhiều phần mềm giúp phân tích dữ liệu nhiễu x x- ray CIAO 1.2 Mục đích của đề tài Nghiên cứu và phát triển vật liệu hiện nay đang là vấn đề quan trọng trong công nghệ và khoa học kỹ thuật Khi con ngƣời phát hiện đƣợc 1 vật liệu mới nào đó, để hiểu rõ tính chất của nó, các nhà khoa học phải nghiên cứu và phân tích, x c định tính... mịn dữ liệu 17 2.7 Nguyên lý phân tích đƣờng nhiễu x 19 2.7.1 Nguyên lý x c định các mặt nhiễu x hkl .19 2.7.2 X c định các đỉnh nhiễu x từ các mặt nhiễu x thu đƣợc 22 2.7.3 X c định các chỉ số hkl của các mặt nhiễu x [ 3] 22 2.8 Nguyên lý đo ứng suất bằng x- ray 24 2.9 X c định modul Young, hệ số poisson và hằng số ứng suất từ phƣơng pháp nhiễu x x- ray... hồi và modun young 49 Hình 3.6: Định dạng tập tin dữ liệu của phần mềm X- Pro 1.0 50 Hình 3.7: Cửa sổ chính của phầm mềm phân tích vật liệu 51 Hình 3.8: Dữ liệu nhiễu x cần phân tích 52 Hình 3.9: Cửa sổ kết quả phân tích dữ liệu 53 Hình 3.10: Kết quả xuất ra từ phần mềm 54 Hình 3.11: Thực đơn của chƣơng trình tính ứng suất 54 Hình 3.12: Cửa sổ vật liệu và hệ số đàn hồi 55 Hình 3.13: Cửa sổ thêm vật liệu. .. ứng dụng lập trình vào những việc tính toán và phân tích khó, dài dòng là hết sức cần thiết, nó giúp ta rút ngắn thời gian làm việc, đạt hiệu quả công việc cao Do đó, mục đích của đề tài là nghiên cứu và phát triển một hệ thống phần mềm phân tích vật liệu dựa trên phƣơng pháp nhiễu x x quang Phần mềm sẽ giúp cho việc phân tích vật liệu trở nên nhanh chóng hơn, giúp ngƣời sử dụng x c định 1 cách nhanh... phẳng nguyên tử vào vật rắn tinh thể sẻ xuất hiện các tia nhiễu x với cƣờng độ và các phƣơng khác nhau, các phƣơng nhiễu x phụ thuộc vào bƣớc sóng của bức x tới và bản chất của mẩu tinh thể Định luật Bragg thiết lập mối quan hệ giữa bƣớc sóng tia X và khoảng cách giữa các mặt nguyên tử Các giả thuyết : Các mặt phẳng nguyên tử phản x các bức x tới phải độc lập, các tia tới phải tán x hoàn toàn Giả... có phần mềm phân tích vật liệu nào sử dụng lý thuyết nhiễu x x quang để giúp việc tính toán diễn ra nhanh chóng và đạt tính kinh tế, việc tính toán phân tích còn thực hiện thủ công hoặc sử dụng 1 số phần mềm không chuyên dụng để hỗ trợ tính toán nhƣ Ogirin, Excell … 1.1.2 Tình hình quốc tế Trên thế giới, việc nghiên cứu và ứng dụng x quang đã đƣợc phát triển từ rất lâu Năm 1896 Rogen phát hiện ra tia. .. nhiều đề tài nghiên cứu x quang để phân tích vật liệu nhƣ tính ứng suất, tỉ lệ pha, kích thƣớc tinh thể, chiều dày lớp mạ … Tuy nhiên việc nghiên cứu chỉ dừng ở lại mức tìm hiểu, nắm bắt vấn đề để ứng dụng vào trong thực tiễn Chƣa có những nghiên cứu đột phá, phát hiện mới về x- quang ở nƣớc ta Ứng dụng x- quang để phân tích vật liệu ở nƣớc ta cũng đang ở bƣớc đầu phát triển và dần ứng dụng vào thực tế ... phát triển đƣợc phần mềm phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu x X- quang ngôn ngữ C# Phần mềm giúp ngƣời sử dụng phân tích liệu nhiễu x , phân tích ứng suất, x c định tỉ lệ pha, x c định hệ số... nhiễu x x- quang đƣợc nghiên cứu để phân tích vật liệu Giúp việc phân tích vật liệu dựa liệu nhiễu x x- quang từ máy nhiễu x trở nên nhanh chóng thuận tiện Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm x- quang... đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phần mềm phân tích vật liệu dựa phƣơng pháp nhiễu x x quang Phần mềm giúp cho việc phân tích vật liệu trở nên nhanh chóng hơn, giúp ngƣời sử dụng x c định