Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) dùng để xác định thành phần pha trong nguyên liệu và trong vật liệu.
Sự hình thành và biến đổi pha tinh thể của vật được xác định bằng phương pháp bột nhiễu xạ tia X. Nguyên lý chung của phương pháp bột nhiễu xạ tia X xác định
kích thướctinh thể là dựa vào ảnh hưởng khác nhau của kích thước tinh thể lên phổ
nhiễu xạ. Do đó phương pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định kích thước tinh thể dựa trên phương pháp phân tích hình dạng và đặc điểm của đường cong phân bố
cường độ của đường nhiễu xạ dọc theo trục đo góc 2θ.
Các đặc trưng cấu trúc về tinh thể học, thành phần pha của các mẫu có thể được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phương pháp này dựa trên hiện tượng nhiễu xạ tia X bởi mạng tinh thể khi thoả mãn điều kiện phản xạ Brag:
2dsinθ = nλ Trong đó :
d là khoảng cỏch giữa các mặt phẳng nguyên tử tham gia phản xạ.
θ là góc phản xạ Brag.
λ là bước sóng của tia X.
Hình 2.2. Máy nhiễu xạ tia X
Tập hợp các cực đại nhiễu xạ Brag dưới các góc θ khác nhau đối với mỗi họ mặt
phẳng nguyên tử có thể được ghi lại dưới dạng giản đồ để từ đó phân tích các thông
số liên quan đến cấu trúc của mẫu đo.
Sự nhòe rộng của đường nhiễu xạ của đường nhiễu xạ do hai nguyên nhân chính gây nên trạng thái cấu trúc và điều kiện thực nghiệm. Bằng cách sử dụng mẫu chuẩn (cùng loại vật liệu với mẫu nghiờn cứu, kích thước hạt cỡ mm, ứng suất tế vi và khuyết tật tinh thể không đáng kể…) nhiễu xạ cùng điều kiện với mẫu nghiờn cứu, sự nhoố rộng bởi điều kiện thực nghiệm được loại bỏ. Sự nhòe rộng còn lại cho trạng thái cấu trúc của bản thân mẫu nghiên cứu được gọi là sự nhòe rộng vật lí và độ rộng
đó được gọi là độ rộng vật lí (kí hiệu β).
Khi ứng suất tế vi được loại bỏ hoặc được hiệu chỉnh thỡ độ rộng vật lý liên quan đến kích thước tinh thể theo biểu thức:
D=k.λ/βcosθ
Với D làkích thước tinh thể, k là hệ số tỉ lệ. Nếu độ rộng vật lí được xác định theo
Laue thỡ k=1, còn khi sử dụng theo Scherrerr thỡ k=0,94. Do kích thước tinh thể
theo chiều vuông góc với mặt nhiễu xạ tỉ lệ với cosθ nên để xác định kíchthước tinh
thể với độ chính xác cao thì phải dùng đường nhiễu xạ đầu tiên với góc θ bé nhất.
Tóm lại nếu sự nhoè rộng của đường nhiễu xạ chỉ do nguyên nhân kích thước hạt
có thể xác định được kích thước trung bình của hạt tinh thể theo theo phương vuông góc với mặt nhiễu xạ đó cho.
Bên cạnh phương pháp tính độ rộng vật lý của đường cong phân bố cường độ để xác định kích thước hạt tinh thể thì lí thuyết nhiễu xạ tia X cho thấy kích thước hạt này còn có thể xác định trực tiếp theo hệ số Fourier thì phân tích các đường cong phân bố cường độ thực nghiệm. Phương pháp này khá chính xác và áp dụng thuận tiện với các loại vật liệu khó tạo mẫu chuẩn khi nghiên cứu.
Nguyên lý của phương pháp này là dựa trên cực đại cường độ nhiễu xạ tương ứng với vị trí các nút mạng đảo trên mặt cắt và sự phân bố cường độ nhiễu xạ quanh nút này phụ thuộc vào sai lệch mạng. Để đảm bảo độ chính xác cần thiết, các đường nhiễu xạ được chọn cùng một hệ mặt và chỉ khác nhau về cấp nhiễu xạ, chế độ nhiễu xạ để đảm bảo độ nhoè rộng của dụng cụ bé nhất là chế độ nhiễu xạ điểm với thời gian đếm xung là 1 giây.
Các giản đồ nhiễu xạ tia X được ghi trên máy SIEMENS D5005 Bruker-Germany,
bức xạ Cu-Kα với bước súng 0
5406 ,
1 A
=
λ , cường độ dòng điện bằng 30 mA, điện
áp 40 KV, góc quét 2θ =10÷700, tốc độ quét 0
03 ,
0 /giây. Để sử dụng các pha kết tinh
dữ liệu ATSM và được tiến hành trên máy tính, các cường độ phản xạ được ghi trên cùng một thanh.