一種方鐵礦高溫晶格常數(shù)的原位表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料合成、材料測試以及數(shù)據(jù)處理的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種方鐵礦高溫晶格常數(shù)的原位表征新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線衍射(XRD)，是通過對材料進行X射線衍射，并分析其衍射圖譜，獲得材料的成分、材料內(nèi)部原子或分子的結(jié)構(gòu)或形態(tài)等信息的常用研宄手段，可用來精密測定材料的晶格常數(shù)。通過對晶格常數(shù)的精密測定，可計算出材料密度、膨脹系數(shù)等有用的物理常數(shù)。而通過原位表征這一探測手段可以得到在實際狀態(tài)下物質(zhì)的物相、成分、晶格常數(shù)等最為直觀的信息，對于探宄材料在一定的物理和化學環(huán)境下的實際物理量有很重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種方鐵礦高溫晶格常數(shù)的原位表征方法，提出了一種基于原位XRD表征方法以測定方鐵礦高溫下晶格常數(shù)的新方法，融合了材料合成與測試領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法，方法有效、可靠性高、相關(guān)技術(shù)成熟，可應(yīng)用于方鐵礦及其它部分材料在高溫下的晶格常數(shù)精密測定，通過對材料XRD衍射圖譜的晶修以及相關(guān)公式可計算出晶格常數(shù)，其結(jié)果精確且可靠性高。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種方鐵礦高溫晶格常數(shù)的原位表征方法，包括如下步驟:以α -Fe和Fe3O4為反應(yīng)物在一定條件下合成方鐵礦；對合成的方鐵礦進行高溫原位XRD表征；對所得的XRD表征數(shù)據(jù)進行處理以測定方鐵礦的高溫晶格常數(shù)。
[0006]根據(jù)以上方案，所述方鐵礦的合成和高溫原位XRD表征包括如下步驟:
[0007]I)將0.3?0.4g質(zhì)量比為19:81的α -Fe和Fe3O4粉末均勻混合后置于高溫XRD裝置的氧化鋁樣品臺中，再將樣品臺置于高溫XRD裝置內(nèi)，并裝配好高溫附件和氣路；
[0008]2)以25ml/min的流速向高溫XRD裝置內(nèi)通入氦氣，并保持60min ；
[0009]3)繼續(xù)以25ml/min的流速向高溫XRD裝置內(nèi)通入氦氣，并以10°C /min的速率將步驟I)中的α-Fe和Fe3O4混合粉末升溫至843.28K (合成方鐵礦的反應(yīng)開始進行)；
[0010]4)將通入高溫XRD裝置的氦氣切換為CO和CO2的混合氣體，流速保持為25ml/min,并控制混合氣體中CO和CO2的體積比為1:1或1:2 ;
[0011 ] 5)以2°C /min的速率將步驟3)中的α -Fe和Fe3O4混合粉末升溫至指定溫度，使α -Fe和Fe3O4在這一升溫過程中合成方鐵礦；
[0012]6)在4?7小時的時間段內(nèi)對步驟5)中的方鐵礦持續(xù)的進行原位XRD表征，以檢測反應(yīng)物的物相，從而確定反應(yīng)物是否已全部生成方鐵礦；
[0013]7)將步驟6)中方鐵礦溫度升高50°C，保溫60min后降溫至步驟5)所述的指定溫度；
[0014]8)在3?4小時的時間段內(nèi)對步驟7)中的方鐵礦再次進行持續(xù)的原位XRD表征；
[0015]9)對比步驟6)和步驟8)中的XRD圖譜，當衍射峰位一致時，表示步驟5)所得的方鐵礦為不同條件下處于熱力學平衡態(tài)下的方鐵礦，否則返回步驟5)并重復(fù)步驟5)到8)。
[0016]根據(jù)以上方案，所述對所得的XRD表征數(shù)據(jù)進行處理以測定方鐵礦的高溫晶格常數(shù)包括如下步驟:
[0017]I)采用標準硅粉末的實際衍射峰位測試，以校正XRD的衍射峰位(為了得到更為準確的測試數(shù)據(jù))；采用片狀純金作為原材料，對其進行高溫XRD的原位表征，通過純金的固定熔點與高溫XRD中熱電偶附件實測溫度的對比，對氧化鋁樣品臺的實際溫度進行校正；
[0018]2)通過方鐵礦這一立方晶系物質(zhì)的晶面與對應(yīng)Θ之間的計算公式以及布拉格定律，以計算晶格常數(shù)，并通過Nelson-Riley函數(shù)及線形擬合方法以精確確定方鐵礦的晶格常數(shù)。
[0019]根據(jù)以上方案，所述α-Fe的純度為95%，所述Fe3O4的純度為99%。
[0020]根據(jù)以上方案，所述XRD表征的具體參數(shù)為:采用鈷靶、Co-Ka射線、λ =0.178897nm，掃描方式為Θ-2 Θ聯(lián)動模式，最大功率為10kW、管電壓為40kV、管電流為250mA，并采用平行光束衍射設(shè)置。
[0021]根據(jù)以上方案，所述步驟6)中XRD表征的具體參數(shù)為:0.01° /步，5° /min，2 Θ:30。-115。。
[0022]根據(jù)以上方案，所述步驟8)中XRD表征的具體參數(shù)為:0.01° /步，全掃描時:5° /min，，8個指定晶面的掃描時:1° /min。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]I)提供了一種方鐵礦高溫晶格常數(shù)的原位表征方法，提出了一種基于原位XRD表征方法以測定方鐵礦高溫下晶格常數(shù)的新方法，該方法融合了料合成與測試領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法，方法有效、可靠性高、相關(guān)技術(shù)成熟，可應(yīng)用于方鐵礦及其它部分材料在高溫下的原位晶格常數(shù)精確測定，通過對材料XRD衍射圖譜晶修以及相關(guān)公式計算所得的晶格常數(shù)，其結(jié)果精確且可靠性高。
[0025]2)采用原位XRD測定高溫時方鐵礦晶格常數(shù)，避免了雜相對測量結(jié)果的影響；
[0026]3)采用原位XRD測定高溫時方鐵礦晶格常數(shù)，可以此為基礎(chǔ)分析方鐵礦反應(yīng)條件與Fe-O化學計量比及晶格常數(shù)的關(guān)系；
[0027]4)采用原位XRD測定高溫時方鐵礦晶格常數(shù)，可以此為基礎(chǔ)得到高溫狀態(tài)下及特定的物理化學環(huán)境下方鐵礦的膨脹系數(shù)和結(jié)晶取向等信息；
[0028]5)融合了已有的材料合成與測試方法，可用于其它材料在指定反應(yīng)條件下的晶格常數(shù)測量。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實施例1中所使用初始原材料的XRD表征結(jié)果；
[0030]圖2是本發(fā)明實施例1中的高溫原位XRD在不同溫度區(qū)間內(nèi)的測試結(jié)果；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例1中的Nelson-Riley函數(shù)及線形擬合結(jié)果。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。
[0033]實施例1，見圖1至圖3所示:
[0034]本發(fā)明提供了一種方鐵礦高溫晶格常數(shù)的原位表征方法，包括如下步驟:
[0035]I)將0.3g質(zhì)量比為19:81的α-Fe (純度為95% )和Fe3O4 (純度為99% )粉末均勻混合后置于高溫XRD裝置的氧化鋁樣品臺中，再將樣品臺置于高溫XRD裝置內(nèi)，并裝配好高溫附件和氣路；
[0036]2)以25ml/min的流速向高溫XRD裝置內(nèi)通入氦氣，并保持60min ；
[0037]3)繼續(xù)以25ml/min的流速向高溫XRD裝置內(nèi)通入氦氣，并以10°C /min的速率將步驟I)中的α -Fe和Fe3O4混合粉末升溫至843.28Κ ；
[0038]4)將通入高溫XRD裝置的氦氣切換為CO和CO2的混合氣體，流速保持為25ml/min,并控制混合氣體中CO和CO2的體積比為1:1;
[0039]5)以2°C /min的速率將步驟3)中的α -Fe和Fe3O4混合粉末升溫至1265.28Κ溫度，使α -Fe和Fe3O4在這一升溫過程中合成方鐵礦；
[0040]6)在4小時內(nèi)對步驟5)中的方鐵礦進行原位XRD表征，以檢測反應(yīng)物的物相，從而確定反應(yīng)物是否已全部生成方鐵礦；
[0041]7)將步驟6)中方鐵礦溫度升高50°C，保溫60min后降溫至1265.28K ；
[0042]8)在3小時內(nèi)對步驟7)中的方鐵礦再次進行原位XRD表征；
[0043]9)對比步驟6)和步驟8)中的XRD圖譜，衍射峰位一致；
[0044]10)采用標準硅粉末的實際衍射峰位測試，以校正XRD的衍射峰位；采用片狀純金作為原材料，對其進行高溫XRD的原位表征，通過純金的固定熔點與高溫XRD中熱電偶附件實測溫度的對比，對氧化鋁樣品臺的實際溫度進行校正；在1265.28K下對步驟7)中的方鐵礦再次進行原位XRD表征；
[0045]11)對步驟10)中所得XRD衍射圖譜進行晶修，并計算晶格常數(shù)；
[0046]12)對步驟11)中所得晶格常數(shù)采用Nelson-Riley函數(shù)及線性擬合外推方法以精確確定方鐵礦的晶格常數(shù)。
[0047]進一步地，所述XRD表征的具體參數(shù)為:采用鈷靶、Co-Ka射線、λ = 0.178897nm，掃描方式為Θ-2Θ聯(lián)動模式，最大功率為10kW、管電壓為40kV、管電流為250mA，并采用平行光束衍射設(shè)置；所述步驟6)中XRD表征的其他參數(shù)為:0.01° /步，5° /min，2 Θ:30° -115° ;所述步驟8)與10)中XRD表征的其他參數(shù)為:0.01° /步，全掃描時:5° /min，，8個指定晶面的掃描時:1° /min。
[0048]本實施例以表征方鐵礦在Pco/Pco2= 1:1，1265.28K下的晶格常數(shù)的方法為例，這一原位表征新方法可避免雜相影響，且能定量分析化學計量比與反應(yīng)條件的關(guān)系，測量精確度高，并且對工業(yè)冶金過程有極大的指導(dǎo)意義。所使用初始原材料的XRD表征結(jié)果、高溫原位XRD在不同溫度區(qū)間內(nèi)的測試結(jié)果、Nelson-Riley函數(shù)及線形擬合結(jié)果分別見圖1至圖3。
[0049]實施例2:
[0050]本發(fā)明提供一種方鐵礦高溫晶格常數(shù)的原位表征新方法，包括如下步驟:
[0051]I)將0.4g質(zhì)量比為19:81的a-Fe (純度為95% )和Fe304(純度為99% )粉末均勻混合后置于高溫XRD裝置的氧化鋁樣品臺中，再將樣品臺置于高溫XRD裝置內(nèi)，并裝配好高溫附件和氣路；
[0052]2)以25ml/min的流速向高溫XRD裝置內(nèi)通入氦氣，并保持60min ；
[0053]3)繼續(xù)以25ml/min的流速向高溫XRD裝置內(nèi)通入氦氣，并以10°C /min的速率將步驟I)中的α -Fe和Fe3O4混合粉末升溫至843.28Κ ；
[0054]4)將通入高溫XRD裝置的氦氣切換為CO和CO2的混合氣體，流速保持為25ml/min,并控制混合氣體中CO和CO2的體積比為1:2;
[0055]5)以2°C /min的速率將步驟3)中的α -Fe和Fe3O4混合粉末升溫至1265.28Κ溫度，使α -Fe和Fe3O4在這一升溫過程中合成方鐵礦；
[0056]6)在7小時內(nèi)對步驟5)中的方鐵礦進行原位XRD表征，以檢測反應(yīng)物的物相，從而確定反應(yīng)物是否已全部生成方鐵礦；
[0057]7)將步驟6)中方鐵礦溫度升高50°C，保溫60min后降溫至1265.28K ；
[0058]8)在4小時內(nèi)對步驟7)中的