ICS25.220.20 A29 中华人民共和国国家标准 GB/T31568—2015 热喷涂热障ZrO2涂层 晶粒尺寸的测定 谢乐公式法 Standardtestmethodfordeterminationof crystallitesizeofZrO2coatingsbyScherrerequation 2015-05-15发布 2016-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会(SAC/TC57)归口。 本标准起草单位:中国科学院上海硅酸盐研究所。 本标准主要起草人:程国峰、黄月鸿、阮音捷、曾毅、宋力昕。 ⅠGB/T31568—2015 热喷涂热障ZrO2涂层 晶粒尺寸的测定 谢乐公式法 1 范围 本标准规定了应用X射线衍射谢乐公式法测定热喷涂热障ZrO2涂层试样中立方、四方、单斜三种 相ZrO2晶粒尺寸的方法原理、测试条件及计算步骤等。 本标准适用于晶粒尺寸在2nm~100nm范围、内部无不均匀应变的试样。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 热障ZrO2涂层 thermalbarrierZrO2coatings 采用热喷涂制备工艺制备的ZrO2基的涂层材料。 2.2 晶粒 crystallite 内部分子、原子等有规律排列的微小单晶。 2.3 晶粒尺寸 crystallitesize Lhkl 晶粒在(hkl)晶面法线方向上的平均尺度。 2.4 半高宽 fullwidthathalfmaximumofpeakprofile;FWHM 衍射峰峰高极大值一半处的峰宽。 3 方法原理 对试样照射X射线,测量所得到的衍射线,假设试样中没有晶体结构的不完整,则衍射线的宽化仅 由晶粒的细化引起,可利用式(1)(谢乐公式)计算晶粒尺寸: Lhkl=Kλ βhklcosθ……………………(1) 式中: Lhkl———晶粒在(hkl)晶面法线方向的平均尺度,单位为纳米(nm); K———常数,与βhkl的定义有关。当βhkl定义为半高宽时,K=0.89; λ———实验所用的X射线波长,0.154056nm; βhkl———由晶粒细化引起的试样某(hkl)晶面衍射峰的半高宽(需扣除背底),单位为弧度(rad); θ———(hkl)晶面衍射峰的布拉格角,单位为度(°)。 1GB/T31568—2015 此外,本标准中,试样半高宽βhkl由式(2)获得: Bhkl=βhkl+b0 ……………………(2) 式中: Bhkl———实验所测得的试样某晶面衍射线的半高宽(需扣除背底),单位为弧度(rad); b0———由仪器产生的附加半高宽(简称仪器宽度,需要用标准物质校准),单位为弧度(rad)。 4 仪器、测量条件和测量方法 4.1 衍射仪性能指标 衍射仪2θ角度的单向重复精度不大于0.003°,衍射强度综合稳定度优于0.5%。 4.2 辐射类型 CuKα辐射。 4.3 测量条件 4.3.1 管压和管流 管电压40kV,管电流不小于40mA。 4.3.2 狭缝系统 发散狭缝1°,防散射狭缝1°,接受狭缝0.15mm。 4.3.3 扫描方式和速度 步进扫描,步长0.02°,每步停留时间为1s~2s。 4.4 衍射峰位2θ角度值和半高宽的测量方法 采用pseudo-Voigt峰形函数拟合测得的实验谱,使得实验谱与拟合谱线的最小剩余误差R小于 10%,从而测得各衍射峰的2θ角度值和半高宽值。 注:R按式(3)计算: R=Σ(Iobs-Icalc)2/Iobs ΣIobs×100% ……………………(3) 式中: Σ———对拟合区域所有数据点求和; Iobs———测量强度; Icalc———计算强度。 5 样品的要求和制样方法 5.1 标准物质 5.1.1 要求 采用编号为GBW(E)130014的X射线衍射硅粉末作为标准物质校正2θ角度及仪器宽度。 2GB/T31568—2015 5.1.2 标准物质的装填方法 将标准物质放入试样板凹槽内,用载玻片均匀铺开后压紧,标准物质表面与试样板表面处在同一平 面,要求倾斜试样板60°时标准物质不从槽中脱落。 5.2 热障ZrO2涂层试样 5.2.1 要求 待测块状热障ZrO2涂层试样表面需平整。 5.2.2 试样的装填方法 采用中空的铝或有机玻璃试样板,固定方法见图1。 图1 试样装填方法示意图 6 实验步骤 6.1 制作2θ角度校正曲线 6.1.1 采用外标法对标准物质按4.3规定的测量条件进行扫描,2θ角度扫描范围为28°~70°,按4.4规 定的方法测量各衍射峰的2θ角度值。 6.1.2 将6.1.1得到的2θ角度值与附录A中表A.1给出的标准2θ角度值对比,计算差值Δ2θ。 6.1.3 将6.1.1得到的2θ为横坐标,6.1.2得到的Δ2θ为纵坐标,采用最小二乘法绘制出校正曲线。 6.2 制作仪器宽度校正曲线 6.2.1 采用外标法对标准物质按4.3规定的测量条件进行扫描,2θ角度扫描范围为28°~70°,按4.4规 定的方法测量各衍射峰的半高宽。 6.2.2 将6.1.1得到的2θ为横坐标,6.2.1得到的半高宽为纵坐标,采用内插法绘制仪器宽度校正曲线。 6.3 试样衍射峰2θ角度值的校正 按附录B中表B.1选择不同晶型ZrO2相应的测量晶面,设定2θ角度扫描范围,按4.3规定的方法 进行扫描,按4.4规定的方法测量各衍射线的2θ角度值,用6.1.3的校正曲线对试样的2θ角度值进行 校正,并将校正后的2θ角度值记录在附录B表B.1中。立方、四方、单斜相ZrO2的标准衍射数据分别 见附录C中表C.1、表C.2和表C.3。 3GB/T31568—2015 6.4 测量试样衍射线的半高宽Bhkl 按附录B表选择不同晶型ZrO2相应的测量晶面,设定2θ角度扫描范围,按4.3规定的方法进行扫 描,按4.4规定的方法测量各衍射线的半高宽Bhkl,并记录在附录B表B.1中。 6.5 测量仪器宽度b0 将6.3中测得的四方、立方、单斜相ZrO2各衍射峰的2θ角度值分别代入6.2.2的校正曲线中,查出 相对应的半高宽值作为在此角度下的仪器宽度b0。 6.6 计算晶粒尺寸 根据式(2)求出各晶面的βhkl,分别代入式(1)中,计算得到该衍射面法线方向上的晶粒尺寸Lhkl, 并将其记录在规范性附录D所示的表格中。 7 平均值与标准偏差 7.1 平均值 按5.2.2的方法对试样分别制样3次,按6.3~6.6步骤计算晶粒尺寸Lhkl,并求其算术平均 值Lhkl。 7.2 标准偏差 标准偏差按式(4)计算: σ=∑n i=1(Lhkl-Lhkli)2 n-1……………………(4) 式中: σ ———标准偏差; Lhkl———n次测量结果的平均值; Lhkli———第i次测量的结果; n———测量次数,本标准中n=3。 8 测试报告 测试报告应包含下列内容: a) 委托单位; b) 试样名称、编号; c) 测试条件; d) 采用标准(本标准编号); e) 计算结果; f) 报告出具单位; g) 报告日期; h) 报告人和审核人; i) 其他需要说明的事项。 4GB/T31568—2015 附 录 A (资料性附录) Si的标准X射线衍射数据 衍射数据见表A.1。 表A.1 Si的标准X射线衍射数据 d/Å 2θ/(°) Int hkl d/Å 2θ/(°) Int hkl 3.1355 28.442 100 111 1.0452 94.948 6 511 1.9201 47.302 55 220 0.9600 106.71 3 440 1.6375 56.121 30 311 0.9180 114.08 7 531 1.3577 69.130 6 440 0.8587 127.54 8 620 1.2459 76.377 11 331 0.8282 136.89 3 533 1.1086 88.026 12 422 — 注:d为晶面间距,2θ为衍射角,Int为相对衍射强度,hkl为衍射晶面。 5GB/T31568—2015 附 录 B (规范性附录) 计算过程的数据记录 数据记录格式见表B.1。 表B.1 数据记录格式 ZrO2晶形 晶面(hkl)2θ扫描范围2θ(校正后) Bhkl b0 βhkl 立方111 29.0°~31.2° 220 49.0°~51.6° 四方011 29.0°~31.2° 202 61.4°~64.2° 单斜-111 27.0°~30.0° 111 30.0°~33.0° 6GB/T31568—2015