D1 Röntgenbeugung (XRD)

Thema

Die Röntgenbeugung dieses Metalls, die in diesem Modell beschriebene experimentelle Methode, beinhaltet das Auftreffen eines Röntgenstrahls auf die Probe und die Aufzeichnung der Intensität der gebeugten Strahlung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel. Das Bragg'sche Gesetz interpretiert die Winkel, unter denen diese Beugung auftritt, und identifiziert daraus sowohl die im Metall vorhandenen kristallinen Phasen als auch den Netzebenenabstand der Atomlagen jeder dieser Phasen. Da zwei verschiedene kristalline Phasen unterschiedliche Netzebenenabstände aufweisen, beugt jede von ihnen gemäß dem Bragg'schen Gesetz unter einem anderen Winkel, wodurch sie sich innerhalb desselben Beugungsmusters unterscheiden lassen.

Dieses Beugungsmuster zeigt neben den Winkeln, unter denen jede kristalline Phase auftritt, auch die Breite der zugehörigen Beugungspeaks. Die Scherrer-Gleichung wandelt diese Peakbreite in die Kristallitgröße der entsprechenden Phase um: Je kleiner der beugende Kristallit, desto weniger aufeinanderfolgende Atomlagen tragen konstruktiv zur Verstärkung der Beugung bei und desto breiter ist folglich der resultierende Peak. Die Tatsache, dass die Beugungspeaks dieses Metalls breiter sind, bedeutet, dass die daraus abgeschätzte Kristallitgröße gemäß der Scherrer-Gleichung kleiner ist.

Diese Verbreiterung der Beugungspeaks ist jedoch nicht allein auf die bereits mittels der Scherrer-Gleichung abgeschätzte Kristallitgröße zurückzuführen, sondern auch auf die akkumulierte Mikrospannung im Material. Die Williamson-Hall-Analyse trennt innerhalb dieser Verbreiterung den Beitrag jedes dieser beiden Faktoren: Durch den Vergleich der Abhängigkeit der Breite der verschiedenen Beugungspeaks vom Einfallswinkel unterscheidet diese Analyse den winkelunabhängigen Beitrag der Kristallitgröße vom winkelabhängigen Beitrag der Mikrospannung. Die Tatsache, dass die akkumulierte Mikrospannung in dieser Probe größer ist, bedeutet, dass laut dieser Williamson-Hall-Analyse ein größerer Anteil der gesamten Peakverbreiterung auf diese und nicht auf die Kristallitgröße zurückzuführen ist.

Dieses Modell, zusammen mit dem Braggschen Gesetz und dem zugehörigen Beugungsmuster, dient daher als Grundlage für zwei weitere Modelle dieser Gruppe: eines, das die Phasen dieses Metalls anhand der kristallinen Phasen beschreibt, die das Braggsche Gesetz bereits identifiziert, und ein weiteres, das die Korngröße dieses Metalls anhand der Kristallitgröße beschreibt, die die Scherrer-Gleichung bereits im selben Beugungsmuster abschätzt. Die Tatsache, dass das Braggsche Gesetz und die Scherrer-Gleichung für denselben Zweck in einem anderen Modell für eine andere Materialgruppe – nämlich dem Modell zur Beschreibung der Röntgenbeugung einer Keramik – wiederverwendet werden, zeigt, dass diese experimentelle Methode nicht auf Metalle beschränkt ist, sondern vielmehr eine Methode darstellt, die von einem Großteil dieser Modellgruppe genutzt wird, sobald eine kristalline Phase identifiziert werden soll.

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