回折の概要 回折 に よっ て 結 晶構 造 を同 定 す る 際 の 基 本 的 考 え
4
0
0
全文
(2) (Bragg'slaw)と. 呼 び,θ. 高 い 電 圧 で加 速 して 金 属 の 陽極(対 陰 極,target)に 衝 突 させ る とX線 が 発 生 す る.」 このX線 は,電 子 の制 動 放 射. を 回 折 角 ま た は ブ ラ ッ グ角 と. い う. ●. βr∂88の 蜘. X搬. 廼7折 の,原理 を 麓 式 図 で示 乙,こ. βπ α99の 蜘. 2.4構. を導 〃 の 図 を汚ヴの で. を読F49ゼ ー よ.. と,輝 線 ス ペ ク トル で あ る特性X線. な る.特 性X線. の発 生 原 理 は,模 式 的 に次 の よ うに説 明. 子 軌 道)の 電 子 が 叩 き 出 され て 空 孔 を生 じ,こ の軌 道 に外. ブ ラ ッグ の法 則 で はX線. 側 の 殻 を 占 めて い た 電 子 が 落 ち込 む.エ ネ ル ギー の高 い軌. 回折 を反 射 と して取 り扱 っ た. が,実 際 に は原 子 面 を構 成 す る各 原 子 か らの散 乱X線. 道 か ら低 い 軌 道 に遷 移 した 電 子 は,そ のエ ネ ル ギー 差 を電. が. 磁 波 と して 放 射 す る.こ れ が特 性X線 で あ る.」特 性X線 の 振 動 数:γ とそ の放 射 に 関係 す る2つ の準 位 間 のエ ネ. 互 い に干 渉 して 回折 現 象 を起 こす.し た が っ て ブ ラ ッ グの 法 則 を満 足 して い る か ら とい っ て必 ず しも 回折 が起 き る とは 限 らな い.原 子 面 を構 成 す る各 元 素 の位 置,す な わ ち. ル ギー 差:△Eと こ こで,乃. 構 造 因子(structure飴ctor)を 考 慮 す る必 要 が あ る.. Σ!!加(加. の 問 に は 加=△Eの. 側 か らK殻,L殻,M殻,..と. 呼 ばれ て い る.外 側 の 殻 の 電 子 がK殻 放 射 され るX線. ・+帆+1w・). 系 列,M系. 1. がK系. 単 位 格 子 内 の 原 子 位 置 を 示 し て お り,. に遷 移 す る とき に. 列 の ス ペ ク トル を作 る.同 様 に,L. 列 と続 い て い く.K殻. の 空 孔 がL殻. か らの電. をKα 線,M殻. か らの電. 子 に よ って 埋 め られ て 生 ず るX線 こ こ で,μ,γ.wは. 関 係 が あ る.. はプ ラ ン クの 定 数 で あ る.. 電 子 軌 道(殻)は,内. 構 造 因子 は次 の式 で表 され る,. 子 に よ って 埋 め られ て 生 ず るX線 をKβ 線 とい う.ま た, L殻,M殻,は エ ネ ル ギ ー 準位 が 微 細 構 造 を もっ て お り,. 単 純 立方 格 子:000. ど の 準位 か らの電 子 に よ っ て 埋 め られ た か に よ っ て 波 長. ‑ 一2. 0. 1 一2. 0. 1 一2. 1 一2. 0. 1 一2. 1 一2. 0 0 0. 面 心 立方 格 子:. から. す る こ とが 出来 る. 「 高 速 電 子 が 原 子 に衝 突 す る と,核 に近 い 内側 の殻(電. 造 因子. F敏1一. に よ る連 続X線. の わ ず か に違 うX線. を生 じる.そ の結 果,Kα 線 はKα1線. とKα2線 の二 重 線 か ら出来 て い る. この よ うにX線 体 心 立方 格 子:. ooo,1⊥. ⊥. 源 か ら出 て く るX線. って い る.こ れ らのX線. 222. メー タで 単 色 化 して 波 長 一 定 のX線 折 に供 して い る. この よ うに特 性X線. で あ る.. ● 画 縣 が 勲6条 件 を児 〃、 躍 ぜ幽 壬 記 の 緯造 西 子 な ら び 〆 こナ で〆 こ分 か つ で の る面 ・ ム. は様 々 な波 長 を持. を フ ィル ター あ る い はモ ノ ク ロ を取 り出 し,X線. 回. の 波 長 は 元 素 に よっ て 固 有 で あ る.. した が って,タ ー ゲ ッ トに純 金 属 を用 い る と,波 長 一 定 の. 立 方勢 子(た(り,体 必 立 方努 子 φαジ の楽 緻反 射 か. X線 を簡 単 に 取 り出 す こ とが で き る.ま た,タ ー ゲ ッ トの. ら,何 獅観 が激. 材 料 を適 当 に選 ぶ こ と に よ って,用 途 に応 じて種 々 の波 長 の 特 性X線 を利 用 す る こ とが 出来 る.. 2.5X線. る癸 件 を.尼〃塑 ぜ.. ● 得≡ 盤 λz療の晃1堂催 艀 を麓 姻 で示 ぜ 一 左〆 ごんち 傷 控X搬 の莞1塗麓 薄 を/互 盟 砂1な らび に /微 祖砂/観 点、 か ら蝉 で述 べ であ る.こ の文 章 の. 回折. Braggの 法則 を 用 い る こ とに よっ て,面 間 隔 が 測 定 で き る こ とが分 か っ た.ま た,構 造 因 子 を考 え る こ とに よ って,. 1夕溶 を正 確 〆 こ図 示 ぜ舳 よ.. 結 晶 構 造 に よっ て 回折 を 生 じる 面 と生 じな い 面 が あ る こ とが分 か っ た.結 晶構 造 と格 子 定 数 が既 知 の相 のX線 回 折 図形,す. 2.7X線. な わ ち 回 折 を 生 じ る格 子 面 の 面 間 隔 げ の組 み. これ でX線. 合 わせ を予 想 す る こ とが 出来 る. ●1搬. 蜥. 髪 置 の設 計擶. こ こ て〜 ら ラ ー厘Bmggの 1難め で み よ う.こ. こ の2つ. 2.6特. を示 ぜ λ. らの 材 料 を も と に,X線. を. 前 節 ま で の議 論 で,X線. ●1療 蜥 雑 を設 計 ぜよ 乙髭 ま での編 を総 顛 しでx搬. の 得 美 を護 講 ぜ よ.. 酬 ゲ裟 置 を設 詳. ぜ'よ. 回 折 に は結 晶格 子 の 面 間 隔 と同. な わ ちλ ≧0.1nmで. 波 長 一 定 のX線. 2.8走. が簡. 査 型 電 子 顕 微 鏡 とX線 マ イ ク ロア ナ ラ イ ザ ー. 材 料 の 組 織 は,1)組 織 を構 成 す る相 と2)そ れ らの相 の 分 布 形 態 で 定義 され る こ とを 冒頭 で述 べ た.ま た,「相. 単 に使 用 で き る必 要 が あ る こ とが 明 らか に な っ た.波 長 一 定 のX線. 回折 装 置 を設 計 せ よ.た だ し,X. もの と して 設 計 せ よ.. 性X線. 程 度 の波 長,す. なわち. 発 生 装 置 はそ ろ った.こ れ. 線 発 生 装 置 はそ の機 構 か ら大 き くて 重 い た め,動 か さな い. 紐 み 冷わぜ を. の 方 法 が 考 え らカ る.. の 方 法 を 示 乙,そ. 回折 装 置 を作 る の に必 要 な材 料,す. Braggの 法 則 な らび に特 性X線. 鋤24sinθ=η. の 式 を ノがの で4の. 求 め るた め 〆 こんち2つ. 回折装置. と して 元 素 の輝 線 ス ペ ク トル,す な わ ち 特 性X. の 分 布 形 態 」は 顕微 鏡(光 学顕 微 鏡,電 子 顕 微 鏡 な ど広 い. 線 を用 い る. 「 真 空 中 で フ ィ ラ メ ン トを加 熱 して 得 られ る熱 電 子 を. 意 味 で の顕 微 鏡)に. よ っ て評 価,同. 定 され,「 相 」 は化 学. 組 成 と結 晶 構 造 に よ っ て一 義 的 に定 義 で き る こ と も示 し. 一38一.
(3) た.す. で に,X線. を 示 し た.こ. の 分 布 形 態 を 評 価 す る 「走 査 型 電. 子 顕 微 鏡 」(ScanningElectronMicroscope,SEM)な X線. る.こ こで,2.5.X線. 回 折 に よっ て結 晶構 造 を 同 定 で き る こ と. こ で は,相. らび に. 回 折 の 原 理 を応 用 して 微 小 領 域 の化 学 組 成 を分 析 す. るX線. マ イ ク ロ ア ナ ラ イ ザ ー(電. こ こ で,試. つ い て説. 0.1nmの. 明 す る. 2.8.1.走. 査 型 電 子 顕 微 鏡(SEM). た が っ て,そ. 得 られ る 倍 率 は1000倍. 程 度 で あ る.こ. 度 で あ り,. れ に 対 し て,よ. 連 続 的 に変 化 させ る の は,現 時 点 で は不 可 能 で あ る.し た が っ て,面 間隔 既 知 の結 晶(こ れ を分 光 結 晶 と呼ぶ). り. を準 備 し,入 射 角 ・反 射 角 を順 次 変 化 させ て 回折 の起 こ. 波 長 の 短 い 電 子 線 を 用 い て 結 像 させ る と,よ り 高 い 倍 率 ま れ が 電 子 顕 微 鏡 で あ る.. る θ を求 め,ブ ラ ッ グの 法 則 か らこの 時 の 特 性X線 波 長 λ を求 め る,す な わ ち 前 述 の2)の とに な る.. 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 は,電 子 銃 で 作 られ た 電 子 線 束 を,電 子 レ ン ズ を 用 い て 集 束 し(集 束 され た 電 子 線 を,電 子 プ ロ ー ブ と 呼 ぶ) ,さ ら に 偏 向 コ イ ル で2次 元 的 に試 料 表 面 を 走 査 し,試 料 面 か ら発 生 す る2次. の波 長 λ は. を準 備 す る必 要 が あ る.こ の よ うな 回折 格 子 の面 間 隔 を. 可視 光線 を用. の 解 像 度 は1μm程. で 拡 大 観 察 す る こ と が で き る,こ. 料 か ら放 出 され る特 性X線. オー ダー で あ る.し た が っ て,回 折 を起 こ させ. る た め に は こ の波 長 と同 じオ ー ダー の面 間 隔 を持 つ 格 子. 光 学 顕 微 鏡 で は,結 像 に 波 長 が 数 百nmの い て い る.し. 回折 装 置 の. 考 え られ る,1)4を 一 定 に して θ を 変化 させ る,2)θ を 一 定 に して4を 変 化 させ る.両 者 の 得 失 を議 論 せ よ.. 子 線 マ イ ク ロア ナ ライ. ザ ー:ElectronProbeMicroAnalyzer,EPMA)に. 回折,2.7.X線. 項 で 提 示 した もの と 同 じ演 習 課 題 が 提 示 で き る.す な わ ち, ブ ラ ッ グの 法 則 を用 い て 波 長 λを求 め る に は2つ の方 法 が. ● ㎜ の分 光光 学 系 を図 示 ぜよ こノ傷 ξでの編 を総 顛 して〕EPM4の. 電 子 を 検 出 器 で 集 め,電. の. 方 法 を用 い る こ. 分 光光 学 系. を設 計 ぜ よ.. 気 信 号 に 変 え て 増 幅 し,そ の 信 号 を 電 子 プ ロ ー ブ と 同 期 し て 走 査 す る モ ニ タ 画 面 に 送 り,テ レ ビ ジ ョ ン と 同 様 な 方 式 に よ り2次. 元 的 な 走 査 像 を 得 る.こ. の 時,観. 察 され る像 の. 3材. 倍 率 は,試 料 表 面 上 を 電 子 プ ロ ー ブ が 走 査 す る 幅 と モ ニ タ 画 面 の 幅 で 決 ま る,試 れ た 信 号 を 幅200mmの 10,000倍. 料 上 で20μmの. モ ニ タ に 表 示 す る と,観 察 倍 率 は. に な る.SEMの. 解 像 度 は,ど. こ こま で で,材 料 の 組 織 解 析 の 技 法 は 理 解 で きた.次 に,. こま で 小 さ く電 子. プ ラ ズ マ 溶 射 プ ロセ ス を用 い て 作 製 した 材 料 の構 造 解 析. プ ロ ー ブ を 集 束 で き る か,ど こ ま で 精 度 よ く 電 子 プ ロ ー ブ. を,X線. を 走 査 で き る か な ど に よ っ て 決 ま る が,簡 単 に 高 倍 率 の 観. 回 折 装 置 を用 い て 行 う.原 料 粉 末 な らび に プ ロセ. ス パ ラ メー タの 違 い に よ る構 成 相 の 違 い か ら,皮 膜 形 成 過. 察 が 可 能 に な る.. 程 の 違 い を考 察 す る.. 物 質 に 電 子 線 が 照 射 され る と,2次 射 電 子,特. 性X線,オ. され る.上. 述 の とお り,一. よ る 凹 凸 像 で あ る.他. 電 子 だ け で は な く反. 溶 射 と は,コ ー テ ィ ン グ材 料 を,加 熱 に よ り溶 融 も し く. ー ジ ェ 電 子 な ど様 々 な 信 号 が 放 出 般 的 なSEM像. は,2次. は軟 化 させ く溶 〉,微 粒 子 状 に して加 速 し被 覆 対 象 物 表 面 に衝 突 させ て く射 〉,偏 平 に潰 れ た 粒 子 を凝 固 ・堆 積 させ. 電子に. の 信 号 を 検 出,解 析 す る こ と に よ っ. る こ とに よ り皮 膜 を形 成 す る コー テ ィ ン グ技 術 の 一 種 で. て,組 成,結 晶 方 位 な ど に 対 応 した 像 を 得 る こ と も で き る. 2.8.2.X線. 料創 製 と構 造解析. 幅 を 走査 して得 ら. あ る.溶 射 材 料 は急 熱 され,基 材 に衝 突 して 急 冷,扁 平,. マ イ ク ロ ア ナ ラ イ ザ ー(EPMA). 凝 固,堆 積 して 皮 膜 を 形 成 す る.し た が っ て,そ の組 織 は. 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 に お い て,電 子 線 が 照 射 さ れ た 試 料 か ら放 出 され る 特 性X線. を 分 析 す る こ と に よ っ て,試. 非 平 衡 相 を含 ん だ 非 常 に複 雑 な もの と な る.ま た,原 料 粉. 料 を. 末,プ ロセ スパ ラ メー タ の違 い に よ っ て も組 織 は大 き く変. 構 成 す る 元 素 と そ の 割 合 を 知 る こ と が 出 来 る こ と は,容 易. 化 す る.し た が っ て,こ の よ うな皮 膜 の構 造 を解 析 し,溶. に 想 像 で き る で あ ろ う.こ の 目 的 に 用 い られ る の が,X線 マ イ ク ロ ア ナ ラ イ ザ ー(電. 射 皮 膜 形 成 過 程 を考 察 す る こ と は非 常 に有 益 で あ る.. 子 線 マ イ ク ロ ア ナ ラ イ ザ ー:. ElectronProbeMicroAnalyzer,EPMA)で. あ る.電. 査 し な が ら,あ る い は 特 定 の 微 小 領 域,特. 子線 を走. 定 の相 の み に 電. 子 線 を 照 射 し,そ の 部 分 の 構 成 元 素 を 定 量 的 に 測 定 す る こ と が 出 来 る. 特 性X線. を 分 析 す る 方 法 に は2つ. あ る.す. な わ ち,エ. ネ ル ギ ー 分 散 分 析(EnergyDispersiveX‑raySpectroscopy, EDSorEDX)と. 波 長 分 散 分 析(Wave‑LengthDispersive. X‑raySpectroscopy,WDSorWDX)で. あ る.エ. 散 分 析 は 半 導 体 検 出 器 等 を 用 い て 特 性X線 ギ ー を 直 接 分 析 し,物 質 を 同 定 す る.一 は,前. 述 のX線. 長 を 求 め,物. ネル ギ ー 分. の持 つ エ ネル. 方,波. 長 分 散 分析. 回 折 と 同 様 の 手 法 を 用 い て 特 性X線. の波. Fig.1.プ. さ て,波 長 分 散 分 析 に よ る 元 素 分 析 の 原 理 を 考 え て み よ う.x線. ラ ズ マ 溶 射 の概 念 図. 質 を 同 定 す る.. 回 折 と 同 様 ブ ラ ッ グ の 法 則24sinθ=η. づ い て,分 析 領 域 か ら放 出 され る 特 性X線. 3.1原 λに 基. 料粉末. 試 料 に は ア ル ミ ナ(Al203)を. の波 長 λを 求 め. 用 い る.一. 般 に溶 射 に用. い られ る ア ル ミ ナ は 溶 融 粉 砕 さ れ た α一ア ル ミナ 粉 末 で あ. 一39一.
(4) る.こ の粉 末 は安 定 相 で あ るα相 で 構 成 され て い るが,溶. 原 料 粉 末 な ら び に 溶 射 皮 膜 のx線. 射 中 に溶 融 状 態 か ら急 冷 され た 場 合,準 安 定相 のγ相 とな. 2.とFig.3.に. る.ま た,冷 却 速 度 が 遅 い 場 合,あ る い は冷 却 後 γ相 か らα. 指 数 付 け し た 結 果 をFig.4.に. 相 へ の 変 態 点 以 上 に加 熱 され る こ と に よ っ てα安 定 相 に. のX線. 回 折 図 形 の 一 例 をFig.. 示 し た.ま た,PDXLに. 回 折 図 形 か らa相. よ っ て 相 を 同 定 し,. 示 し た.さ. ら に,溶. 射皮膜. とγ相 の 比 を 求 め る こ と が 出 来 る.. な る こ とが知 られ て い る.こ の た め,皮 膜 中 のα相 とγ相 の 比 が溶 射 粒 子 の加 熱 ・ 冷 却 過 程 を検 討 す る上 で 重 要 な 手掛 か りに な る,ま た,大 気 中 で溶 射 を行 っ て も組 成 変化 が ほ とん どな い,こ の よ うな理 由 か ら,上 述 の 目的 の た め に は 最 適 な材 料 で あ る 。 こ こ で は,す べ てα相 で 構 成 され た 溶 融 粉砕 粉 末 と,こ れ に プ ラ ズマ 球 状 化 処 理 を施 してα+γ2相 っ た球 状 化 粉 末 を用 い る. 3.2試. 混合 状 態 に な. 料 調 製 方法. 溶 射 に は プ ラ ズ マ 溶 射 装 置(BayState,PG‑120)を. 用 い,. Fig.4.PDXLに. ス テ ン レ ス 鋼 基 材 上 に 大 気 中 で 溶 射 す る.今 回 の 演 習 で は, プ ラ ズ マ 出 力 を,700A,32V一 100mm,130mm,160㎜ 場 合 の髄. 準1こ変 化 させ る.こ 程 度 で あ り,そ. の. 最 後 の 演 習 課 題 は,次 の よ うに な る ● 醐 波 摸 形 磯 薄 を考察 ・ ぜよ. の前. 後 の 溶 射 距 離 で の 皮 膜 組 織 の 違 い を 見 る こ と に な る.. X線. 鍛. を 用 い る.得. ナ るα相 とγ相 の比,な らび に そ の 比 の 溶. 線(リ ガ ク,MultiFlex,20kV,80mA). られ た 溶 射 皮 膜 表 面 のX線. し,構 成 相 を 同 定 し,さ. 回 折 図形 を 測 定. ら に α/γ 比 を 求 め る.相. な らび に α/γ 比 の 測 定 に は,統 合 粉 末X線 ェ ア(リ. を轍. 射 距 離 に よ る変 化 か ら,皮 膜 形 成 機 構 を考 察 せ よ.. 回折 に よ る構 造 解 析 回 折 に はCuKα. 回折図形への指数付 け. 定 に し,溶 射 距 離 を70mm, と4水. 溶 射 距 離 は100〜120㎜. 3.3X線. よ るx線. ガ ク,PDXL)を. 4ま. とめ. の同定. 回 折 ソ フ トウ. セ カ ン ド メ ジ ャ ー を 志 向 し た 東 大 阪 モ ノ づ く り特 別 演. 用 い る.. 習 で は 実 験 を 中 心 に 据 え,実 験 を 実 施 す る た め に 必 要 な 知 牌. 識,考. 欄. PBL(ProjectBasedLeaming)的 手 法 は,セ カ ン ドメ ジ ャ ー 科 目 と して は 最 適 な 方 法 で あ る と 考 え て い る .ま た,今. え 方 を 演 習 で 酒 養 す る 方 法 を 採 っ た.こ. 回 使 用 したPDXLの 皿. の よ うな. よ う な ソ フ ト ウ ェ ア の 援 用 は,実. 験. の 煩 雑 な 部 分 を 回 避 し,考 察 に 集 中 で き る 点 で 不 可 欠 で あ る.さ. 裾. ら に は,最. 新 の 機 器,手. 法 を経 験 す る こ とも非 常 に. 重 要 で あ る. 多 く の 方 々 に ご 意 見 を い た だ き,さ ら に ブ ラ ッ シ ュ ア ッ. l」/賊. 一一̲一̲L」̲一. 口. .。 菅 ド. Fig.2.原. 料 粉 末 のx線. プ して い き た い と 考 え て い る.. 一L. 岬 ㎞. 冊 ㎞1帥. 伽. 参考文献. 回折図形. [1]松. 1. 欄. [2]加. [4]兵. で 何 が わ か る か,(1990),内. 藤 誠 軌:X線. 回折 分 析. 脚柚. 杣血. Fig.3.溶. 冒̲副. 、. セ ラ ミ ッ ク ス 基 礎 講 座3,. 物 理 工 学 実 験1,. 京 大 学 出版 会. [5]リ ガ ク:統 合 粉 末X線 解 析 ソ フ ト ウ ェ アPDXLユ ー ザ ー ズ マ ニ ュア ル ,ManualNo,MJ13448AO3. 、8暫 四1山1…. 射 皮 膜 のx線. 田老 鶴. 田 老鶴 圃. 藤 申 一:物 理 実 験 者 の た め の13章. (1976),東. 」 一イ吹̲ん. 回 折 要 論,. 藤 誠 軌:X線. (1990),内. °. 訳,B.D.Cullity著:X線. グ ネ承 風 社. 圃 [3]加. ㎜. 村源 太 郎. (1980),ア. [6]沖 幸 男,山 川 昌 文,合 田 進:ア の 表 面 形 態,溶 射,35(1998),pp.274.282.. 回折図形. 一40一. ル ミナ 溶 射 皮 膜.
(5)
関連したドキュメント
Overall, Porcu finds that, despite the demonstrable presence of Pure Land elements in artistic works, especially the notion of tariki, or other power, a fundamental concept
[r]
本報では， XRD を用いた SWCNT の構造解析法につい て述べた．その活用法の一つ目は， SWCNT バンドル試 料の評価である．一般的な
研究室紹介 − − 19 心（メンタル）の トレーニング よい身体の状態 よいパフォーマンス 楽しみながら 身体を動かす 心が健康な状態
森夫は無造作に手を振り， 「そんなこと，どうでもええやん．これはタマ タマ １ ，こうなった，いうだけのことやから」 「何を！」
[r]
[r]
