DE2933047A1

DE2933047A1 - Verfahren und vorrichtung der roentgendiffraktion

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Publication number: DE2933047A1
Application number: DE19792933047
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: STOE AND CIE GmbH
Current assignee: STOE AND CIE GmbH
Priority date: 1979-08-16
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2933047C2; US4364122A

Description

DlPL-PHYS. KARL H. OLBRICHT tcÄo/o^^AMWE.NBERois

PAT E N TA N WA LT Q D-3551 NIEDERWEIMAR/HESSEN

STAATL QEPR. ÜBERSETZER telefon, (064£i, 786*7

TELEQRAMMEi PATAID MARBURG

14.08.1979

PH 298 Ot/Gr

Stoe & Cie. GmbH, Hilpertstraße 10, 6100 Darmstadt

Verfahren und Vorrichtung der Röntgendiffraktion

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Die bewährten Verfahren und Vorrichtungen zur Strukturuntersuchung kristalliner und flüssiger Stoffe mittels Röntgenstrahlung bauen stets auf den Überlegungen und Methoden von Laue und Bragg auf} einen guten Überblick gibt das Buch H.P. Klug/L.E. Alexander, ^BX-ray diffraction procedures", New York 1974. Für die Untersuchung von Einkristallen ist ein Röntgengoniometer gemäß der DE-PS 20 41 031 vorteilhaft, mit dem man an dem justierten Kristall Beugungsbilder sowohl nach deJong-Bouman als auch nach dem Buerger-Präzessionsverfahren gewinnen kann, was gegenüber der früheren Technik mit zwei getrennten Geräten eine beträchtliche Vereinfachung bedeutete.

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Für pulverförmiges Material sind Diffraktometer üblich, die ein von Debye-Scherrer angegebenes Grundverfahren anwenden. Mit modernen automatischen Diffraktometern sind unter Verwendung von Monochromatoren Feinstrukturanalysen nach der
Bragg-Brentano-Methode möglich; für Sonderfälle wendet man
die modifizierten Verfahren nach Seemann-Bohlin, Guinier und anderen an.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Bragg-Brentano-Verfahren bedient sich eines divergenten Röntgenstrahlenbündels 12, das entweder von einem Röhrenstrichfokus 10 oder, seltener, von der Fokallinie 16 eines (Primär-)Monoehromators 14 ausgeht. Um eine Achse parallel zur Fokallinie 16 ist im Zentrum des sogenannten Goniometerkreises 24 ein Präparat 22, gewöhnlich in Form einer Preßplatte aus Pulvermaterial, um eine Achse
senkrecht zur Kreisebene drehbar angeordnet. Um die gleiche Drehachse ist eine aus Spalt 26 und Detektor 28 bestehende
Einheit mit doppelter Winkelgeschwindigkeit schwenkbar. Weil die Präparatplatte 22 stets symmetrisch zu der einfallenden wie zu der reflektierten Röntgenstrahlung steht, hat sie eine parafokussierende Wirkung. Diese nimmt jedoch bei breit gefächertem Primärstrahlenbündel mit steigendem Glanzwinkel 0 ab, da die Fokussierungskreise (welche die Fokallinien und den Mittelpunkt des Goniometerkreises 24 durchlaufen) immer kleiner werden, so daß auch eine näherungsweise Übereinstimmung von Fokussierungsbogen und Tangentialebene (= Präparat 22) nicht mehr gegeben ist. Die Nullpunkte der Diffraktometerkreise können wegen des divergenten Strahlenbündels nur mit größerem Aufwand durch komplizierte Justierverfahren bestimmt werden. Nachteilig ist ferner, daß die parafokussierende Wirkung relativ große Präparateplatten 22 verlangt, bei denen eine bevorzugte Orientierung der Teilchen kaum vermeidbar und auch nicht exakt feststellbar ist.

Fig. 2 zeigt das Prinzip des Seemann-Bohlin-Verfahrens, bei dem ein gefächertes Röntgenstrahlungsbündel 12 über
einen Monochromator 14 auf ein - ebenes oder gebogenes -

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Präparat 22 fokussiert wird, das am Umfang des festgelegten Goniometerkreises 24 liegt. Das Präparat 22 kann entweder in RUckstrahlanordnung (Reflexion, Fig. 2a) oder in Durchstrahlanordnung (Transmission, Fig. 2b) verwendet werden, was Jeweils eine Verlagerung des Reflex-Fokussierungskreises und des Präparates in eine andere Stellung erforderlich macht. Die Reflexprofile sind je nach dem erfaßten Winkelbereich sehr unterschiedlich. Deshalb und weil die Abstände zwischen Präparat 22 und Detektor 28 nicht konstant sind, so daß letzterer in kinematisch relativ umständlicher Weise entlang des Fokussierungskreises geführt werden muß, eignet sich das Verfahren eher für Filmkameras, kaum aber für automatische Diffraktometer, mit denen man die Reflexe über weite Winkelbereiche ohne Unterbrechung unter möglichst gleichen Bedingungen messen will.

Während für die Anordnung gemäß Fig. 2 im Regelfall ein Prlmär-Monochromator 14 unerläßlich ist, benutzt man einen solchen in der Anordnung gemäß Fig. 1 aus Intensitätsgründen nur gelegentlich. Man bevorzugt Sekundär-Monochromatoren (zwischen Präparat 22 und Detektor 28), die vom Präparat 22 ausgehende unerwünschte Strahlenanteile wie Fluoreszenz-, Compton- und radioaktive Strahlung beseitigen, welche nicht in das als Detektor 28 meist verwendete Zählrohr fallen soll.

In der DE-AS 1 245 164 wurde ein Diffraktions-Goniometer vorgeschlagen, das die Anwendung der beiden Fokussierungen nach Fig. 1 und 2 in einem Gerät gestattet. Dazu ist ein besonderer Hilfsarm vorgesehen, desen Drehachse auf dem Goniometerkreis liegt und der einen Mitnehmer für den Strahlendetektor hat. Dieser durchläuft den Fokussierungskreis nach Seemann-Bohlin, wenn er mit dem Hilfsarm bewegungsverbunden und zugleich radialverschieblich angeordnet wird. Das Gerät erfordert infolge der notwendigen Koppelung und Entkoppelung von Rotations- und Translationsbewegung einen gewissen mechanischen Aufwand und ist auch hinsichtlich der Justierung nicht unproblematisch.

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Die Erfindung hat gegenüber dem geschilderten Stand der Technik zur Aufgabe, die Anwendung der fokussierenden Diffraktometrie auf einfache Weise zu verbessern, zugleich die Meßgenauigkoit zu steigern und außerdem.die Anwendungsmöglichkeiten auszubaiien.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch die Maßnahmen der kennzeichnenden Teile von Anspruch 1 und 5.

Erstmals wird es dadurch möglich, mit geringem Aufwand die bekannten Methoden in einer Anordnung so zu kombinieren, daß der gesamte 29-Bereich mit einheitlich hoher Auflösung sowohl für Transmissions- als auch für Reflexionsaufnahmen voll zur Verfügung steht, ohne daß die herkömmlich notwendigen Umbauten vorgenommen werden müßten. Die zu untersuchende Probe befindet' sich stets im Zentrum des Goniometerkreises, auf dessen Umfang sowohl Monochromator als auch Detektor angeordnet sind. Ferner ist die Probe - anders als nach Bragg-Brentano (Fig. 1) - stets im konvergenten Primärstrahl-Bündel, was unten noch näher auszuführende Vorteile und Randbedingungen mit sich bringt.

Dank der Anordnung gemäß den Ansprüchen 2 und 6 kann eine symmetrische Fokussierung benutzt werden, wobei die Monochromatormitte vom Strichfokus der Röntgenröhre ebenso weit entfernt ist wie von der Fokallinie am Umfang des ortsfesten Goniometerkreises. Infolgedessen läßt sich für den Monochromator auch pyrolytischer Graphit verwenden, der bekanntlich nicht asymmetrisch bearbeitet werden kann. Andererseits ist es auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, asymmetrisch angeschliffene Silicium-Monochromatoren zu verwenden, so daß der Abstand vom Röhrenfokus zur Monochromatormitte kurz gehalten werden kann und man goniometerseitig viel Platz für die Anordnung von Zusatzeinrichtungen gewinnt. In jedem Falle bietet das stets fokussierte Bündel den Vorteil der bequemen und schnellen Festlegung des Nullpunkts der voll ausnutzbaren 29-Skala.

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Die Maßnahmen der Ansprüche 3 und 7 ermöglichen es, auch ausgedehntere Flächenpräparate in symmetrischer Oberflächenreflexion zu untersuchen, trotz deren parafokussierendcr Wirkung, die der konvergenten Bündelung des Monochromators entgegengerichtet ist. Man erreicht dies in überraschend einfacher Weise durch Einengung der Weite des Strahlenfächers mit einem genau auf seine Mitte einjustierten Präzisionsspalt. Daher lassen sich auch unmittelbar hintereinander Transmissionsund Reflexionsmessungen durchführen, und zwar ohne die herkömmlich notwendige Versetzung des Präparats oder gar des ganzen Goniometers. Solche Kombinationsaufnahmen sind z.B. für zuverlässige quantitative Intensitätsmessungen sehr wichtig, weil sie die Feststellung bevorzugte Orientierungen etwa von Pulverteilchen erlauben. Vorteilhaft ist ferner, daß für Transmissions- und Reflexionsmessungen der gleiche Präparatehalter benutzt werden kann und daß es ohne weiteres möglich ist, pulverförmige Substanzen oder Flüssigkeiten in Debye-Scherrer-Kapillaren mit guter Auflösung zu vermessen oder ohne besondere Umbauten Messungen im Kleinwinkelbereich (Θ = O,5°...2°) vorzunehmen.

Ein Austausch von Monochromatoren ist dank der Maßnahmen von Anspruch 4 und 9 leicht durchzuführen, so daß man nach Bedarf z.B. Silicium-Monochromatoren hoher Winkelauflösung oder Graphit-Monochromatoren hoher Intensitätsausbeute benutzen kann. Die erfindungsgemäße Diffraktometer-Grundanordnung wird davon nicht beeinflußt.

Apparative Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 8 sowie 10 bis 22. Sie erleichtern das Arbeiten außerordentlich, indem die notwendigen Justiergänge vereinfacht sind und besonders schnell durchgeführt werden können. In die erfindungsgemäß gestalteten Probenhalter können die verschiedenen Proben mühelos eingesetzt werden, und das vorzugsweise scheibenförmige Präparat kann während der Aufnahme in seiner Ebene rotieren, um bevorzugte Orientierungen auszuschließen bzw. umgekehrt sicher erfassen zu können. Besonders günstig ist auch, daß verschiedene Probenhalter sich rasch und in vorjustierter Anordnung austauschen lassen.

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Während in der Zeichnung Fig. 1 und Fig. 2a, 2b schematisch den Stand der Technik repräsentieren, ergeben sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung bevorzugter · Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Diffraktometeranordnung,

Fig. 4 eine Draufsicht ähnlich Fig. 3, Jedoch mit einem zusätzlichen Sekundärmonochromator,

Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Axialschnitt, eines Probenhalters,

Fig. 6 eine Seitenansicht, teilweise im Axialschnitt, eines anderen Probenhalters,

Fig. 7 eine Vorderansicht einer Platte zur Verwendung im Probenhalter der Fig. 6,

Fig. 8 in auseinandergezogener Darstellung eine Schnittansicht eines Trägers mit Schraubring,

Fig. 9 in auseinandergezogener Darstellung eine Schnittansicht eines Trägers mit Preßring und

Fig. 10 eine Vorderansicht des Trägers von Fig. 9 bei abgenommenem Preßring.

In der Anordnung nach Fig. 3 wird vorzugsweise eine liegende Röntgenröhre benutzt, von deren Strichfokus 30 ein divergentes Röntgenstrahlungsbündel 32 ausgeht, das seitlich von einer Blende 34 begrenzt wird. Zur Begrenzung der Vertikaldivergenz dient eine Sollerschlitz-Anordnung 36. Das so definierte Bündel fällt auf einen gebogenen Monochromator 38, der z.B. aus Graphit oder Silicium bestehen kann und ein monochromatisiertes, konvergentes Strahlungsbündel 42 auf den Umfang eines Goniometerkreises 46 fokussiert. In dessen Zentrum sitzt parallel zur Goniometerachse 48 das zu untersuchende Präparat Soweit es die Fokussierung nicht ernsthaft stört, lassen sich deren vorteilhafte Möglichkeiten über den gesamten 29-Bereich ausnutzen.

Der Abstand D zwischen Strichfokus 30 und Monochromator 38 einerseits und zwischen letzterem und dem am Umfang des Goniometerkreises 46 angeordneten Detektor 52 mit Spalt 50 anderer-

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selts beträgt beispielsweise je 260 mm. Diese große Bemessung sorgt für ausgezeichnetes Winkelauflösungsvermögen bei hinreichender Intensität und für genügend Platz auf dem Goniometertisch, um Zusatzeinrichtungen unterzubringen. Um die in der Längsmitte des Monochrometors 38 angeordnete Monochromatorachse 40 kann die ganze Goniometer-Anordnung in begrenztem Winkelbereich verschwenkt werden. Daher ist der Austausch des Monochromators 38 mühelos möglich, ohne daß die bequeme Justierung des monochromatisierten Bündels 42 oder der Spalt- und Detektor-Anordnungen beeinträchtigt würde.

Die Fokussierungsbedingungen des Diffraktometers sind erfüllt, wenn entweder enge Debye-Scherrer-Kapillaren (78, Fig. 5) oder dünne Präparatscheiben (84, Fig. 6 und 8) in Form beiderseits mit Pulver beschichteter Folien mit der Goniometerachse 48 fluchtend einjustiert werden. Die Winkelauflösung hängt dann nicht von der Breite des konvergenten Bündels 42 ab, so daß es großen Querschnitt haben kann, und zwar bei jeder Art von Transmissions-Aufnahmeverfahren.

Bine genügende Fokussierung ist aber auch gegeben, wenn für eine bestimmte Strahlung (z.B. Cu-K₀^) konstruierte Monochromatoren bei einer anderen Strahlung (z.B. Cu-Kß) von geringfügig anderer Wellenlänge verwendet werden oder wenn gemäß Fig. 4 ein Sekundärmonochromator zwischen Präparat 44 und Detektor 52 eingesetzt wird.

Sind jedoch im Reflexionsverfahren ausgedehnte Flächenpräparate zu untersuchen, etwa dünne Folien oder Preßplatten, so können die Fokussierungsbedingungen durch die parafokussierende Wirkung des im Zentrum des Goniometers befindlichen (ebenen) Präparats 44 stark gestört werden. Um dem zu begegnen, ist eine Anordnung mehrerer Spalte 56, 58, 60 vorgesehen. Während Spalt 56 eine der Monochromatormitte gegenüberstehende Kantenblende bildet, dient der dahinter anschließende Spalt 58 mit nachgeordneter Streublende 60 dazu, die Breite des genau zur Goniometer-

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achse 48 hin justierten, konvergenten Bündels 42 auf eine schmale Linie zu reduzieren. Sie kann z.B. auf eine Maximalbreite von 0,2 mm eingestellt werden, um einerseits eine gute Winkelauflösung für Reflexionsdiagramme zu garantieren und um andererseits Transmissionsdiagramme hinreichender Intensität zu ermöglichen.

Zur Herstellung eines genügend schmalen Strahlenbündels 42 sind Präzisionsspalte mit Justier- und Mikrometerschrauben vorgesehen. Der Längsmitte des Monochromators 38 gegenüber kann eine Kantenblende 56 parallelverschieblich angeordnet sein. Sine nachfolgende Spaltblende 58 kann aus beweglichen Wandteilen eines (nicht gezeichneten) zylindrischen Gehäuses bestehen, das den Monochromator 38 umschließt.

Zumindest zum Arbeiten im Kleinwinkelbereich benötigt man eine Doppelspalt-Anordnung 58, 60. Im Beispiel der Fig. 3 dient zur scharfen Begrenzung des konvergenten Bündels 42 die Spaltblende 58j die von letzterer ausgehende Streustrahlung wird durch die nachfolgende Spaltblende 60 beseitigt. Während dies für Transmissionsdiagramme und Debye-Scherrer-Aufnahmen genügt, rückt man eine Präzisions-Begrenzungsblende 59 bei Reflexionsoder kombinierten Reflexions-Transmissions-Messungen möglichst nahe an das Präparat 44 heran (Fig. 4).

Der Goniometerkreis 46 wird durch eine entlang seinem Umfang bewegliche Detektoranordnung abgetastet, die aus einem Spalt 50, einem Zählrohr 52 und einem Zählrohrarm 54 besteht. Es ist auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, zumindest große Sektoren des 29-Bereichs oder diesen insgesamt durch einen ortsempfindlichen Detektor z.B. des von V. Perez-Mendez angegebenen Typs zu erfassen, der u.a. in Nuclear Instruments and Methods 156 (1978) 53...56 beschrieben ist.

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Auf einem in Fig. 4 gestrichelt angedeuteten Schwenkaufsatz 66, der auf einem ebenfalls gestrichelt gezeichneten engeren Kreis verfahrbar ist, kann hinter einem Spalt 68 ein Sekundärmonochromator 70 vorgesehen sein, um vom Präparat 44 ausgehende unerwünschte Strahlungsanteile zu beseitigen. Zählrohrarm und Schwenkaufsatz 66 können geeignete Führungen aufweisen, beispielsweise Schwalbenschwanzführungen, um die korrekte röntgenoptische Ausrichtung von vornherein zu gewährleisten.

Die in den Fig. 5 bis 7 gezeichneten Probenhalter 72 bzw. 79 gestatten mit verschiedenen Einsätzen den raschen Austausch und die genaue Justierung der Präparate 44, die als Folien und Platten mäßiger Wandstärke sowohl für Rückstrahl- als auch für Durchstrahl-Aufnahmen geeignet sind, während dickere Platten nur in Reflektion gemessen werden können.

Einen Probenhalter 72 für Röhrchenpräparate zeigt Fig. 5 in Form einer Tragscheibe 74 mit einem Reibradantrieb 75 für einen drehbaren Goniometerkopf 76, auf dem Debye-Scherrer-Kapillaren in üblicher Weise befestigbar sind, etwa mittels Klebwachs, Siegellack, Picein, Canada-Balsam ο.dgl. Die optische Ausrichtung des Präparatröhrchens 78 erfolgt unter Ausnutzung der Freiheitsgrade des Goniometerkopfes 76 im Fadenkreuz eines (nicht gezeichneten) vorübergehend benutzten Mikroskops. Um die Achse des Präparatröhrchens 78 mit der Goniometerachse zum Fluchten zu bringen, ist die Tragscheibe 74 mit einer (der Einfachheit halber nicht dargestellten) Stellanordnung nach Art eines Kreuzsupports versehen. Eine Steckachse 96 der Tragscheibe 74 ist in das Innere des Goniometertisches einsetzbar.

In gleicher, vorjustierter Anordnung kann auch die Steckachse des in Fig. 6 und 7 veranschaulichten Probenhalters 79 in den Goniometertisch eingesetzt werden. Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung weist eine halbzylindrische Stufenscheibe 92 mit einer vertikalen Stufenfläche 94 auf, an der eine ebene Platte 80 vertikal befestigbar ist. Diese besitzt, wie auch Fig. 7

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erkennen läßt, eine kreisrunde Aussparung 82 zur Aufnahme eines Trägers 85 für eine Präparatscheibe 84. Letztere ist bis an einen Anschlag 87 des Trägers 85 in diesen axial einzusetzen und durch einen Schraubring 86 zu sichern (Fig. 8). Der als Reibring 88 ausgebildete Umfang des Trägers 85 wird an der Platte 80 von Rollen 89, 91 erfaßt und gehalten. Zweckmäßig sind zwei frei drehbare Rollen 89 und eine Reibrolle 91 vornan ien, welche letztere von einem Rotor 90 angetrieben werden kann, um Träger 85 und Präparatscheibe 84 in ihrer Ebene rotieren zu lassen.

Während die Präparatscheibe 84 im Träger 85 nach Abb. 8 beispielsweise eine gepreßte Pulverplatte sein kann, die sich bei größerer Wandstärke nur in Reflexion messen läßt, gestattet es der Träger 101 gemäß Fig. 9 und 10 auch, für Transmissions-Aufnahmen geeignete Folien und dünnere Platten 100 in reproduzierbarer Anordnung zu haltern. Dazu ist ein Anpreßring vorgesehen, der mit eingelegterFolie 100 von Magnetleisten bit an einen Anschlag 104 des Trägers 101 gezogen wird. Der Reibrand 88 auch dieses Trägers 100 wird von den Rollen 89, des Probenhalters 79 drehbar gehalten.

Diese Einrichtungen ermöglichen die genaue Justierung verschiedenster Proben im Goniometerzentrum, so daß die mit der Fokussierung erzielte hohe Genauigkeit der 29-Skala voll ausgenutzt wei'den kann. Deren Nullpunkt wird mit 20-Schritten von 0,005° (= 0,3') einjustiert; die mechanische Genauigkeit des benutzten (nicht dargestellten) Getriebes ist noch besser.

Der (nicht gezeichnete) Drehantrieb kann zwei Schrittmotoren mit- Drehschritten von jeweils 0,0025° (= 0,15') mit elektronischer Winkelanzeige aufweisen. Zur Steuerung kann ein Minicomputer vorgesehen sein, z.B. ein solcher mit Doppel-Disketten-System vom Typ 28KW LSI-11 der Firma Digital Equipment Corporation,

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Auch im Routinebetrieb ist bei Transmissions-Aufnahmen eine Winkelauflösung von 0,135° (- 8,1') mit Graphit-Monochromator und von 0,09° (* 5>4^f) mit Silicium-Monochromator erreichbar, gemessen mit der Halbwertsbreite (FWHM = full width at halfmaximum) des SiO₂-Tripletts 122/203/301 bei Cu-ϊζχ-Strahlung. Die integrierten Intensitäten sind bei Verwendung von Graphit-Monochromatoren etwa fünfmal so groß wie mit Silicium-Monochromatoren. Natürlich hängt es von der Meßaufgabe ab, ob die erzielbare Winkelauflösung oder die verfügbare Intensität wichtiger ist.

Ein Vergleich der Halbwertsbreiten von Debye-Scherrer-Reflexen und Rückstrahl-Reflexen ergibt Unterschiede bis zu 0,04° (= 2,4') zugunsten der Rückstrahlaufnahme. Die Reflexprofile können für alle Aufnahmearten mittels modifizierter Lorentz-Funktionen in guter Näherung dargestellt werden.

Man erkennt, daß erfindungsgemäß zwar wie nach der eiaen Art des Seemann-Bohlin-Verfahrens (Fig. 2b) eine konvergente Fokussierung im Monochromatischen Primärstrahl 42 auf das Präparat 44 gerichtet wird. Der gebogene Monochromator 38 und die Detektoranordnung 50, 52, 54 sitzen jedoch am Umfang des Goniometerkreises 46.

Wie beim Bragg-Brentano-Verfahren (Fig. 1) befindet sich das Präparat 44 in der Mitte des Goniometerkreises 46, längs dessen der Zähler 52 mit vorgeordnetem Spalt 50 geführt wird, und die Radien der Fokussierungskreise nehmen gleichfalls mit wachsendem Glanzwinkel θ ab. Es wird aber im Gegensatz zum Stand der Technik erfindungsgemäß am Präparat 44 das konvergente Strahlenbündel 52 benutzt, das entlang des Goniometerkreises 46 streng fokussiert ist. Zusätzlich erlaubt die SpaIt-Anordnung 56...60 die Verengung des konvergenten Bündels 42 derart, daß in symmetrischer Oberflächenreflektion auch ausgedehnte Flächenpräparate 44, 84, 100 trotz ihrer parafokussierenden Wirkung untersucht werden können.

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Ein vollständiges Meßprogramm umfaßt außer der notwendigen Justierung folgende Verfahrensschritte: Bereitschaftstest zur Prüfung der verschiedenen Diffraktometer-Betriebsarten; Schnelldurchlauf der (Haupt-)Reflexe; automatische Datengewinnung durch verschiedene Meßgänge mit Echtzeit-Diagrammen; Fehlerausgleichsrechnung für die gemessenen Profile; Indizieren von unbekannten Pulverdiagrammen und Zuordnen der gemessenen Daten zu den in Dateien gespeicherten Daten bekannter Strukturen; Berechnung der theoretischen Pulverdiagramme und Strukturverfeinerung aufgrund von Pulverdaten.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

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Claims

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DlPL-PHYS. KARL H. OLBRICHT κλο/o-fice:amwe.nberqis

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STAATL QEPR. ÜBERSETZER ^_n. ^ ^

TELEQRAMME: PATAID MARBURQ

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Stoe & Cie. GmbH, Hilpertstraße 10, 6100 Darmstadt

Verfahren und Vorrichtung der Röntgendiffraktion

Patentansprüche

1J Röntgendiffraktionsverfahren zur Strukturuntersuchung 1ns- -^ besondere polykristalliner und flüssiger Stoffe durch ein Röntgenstrahlungsbündel, welches mit einem Monochromator auf den Umfang eines Kreises fokussiert und an einem Präparat, das im Kreiszentrum um eine Achse senkrecht zu der Kreisebene drehbar ist, in strukturspezifischen Winkeln abgebeugt wird, wobei diese und die Intensität der gebeugten Strahlung am Umfang des Kreises mit einer Detektoranordnung gemessen werden, gekennzeichnet durch solche Anordnung des Kreises, daß sein Umfang die Monochromatormitte durchläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t, daß der Abstand von der Röntgenstrahlungsquelle zur Monochromatormitte gleich dem Durchmesser des Kreises gewählt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierte Röntgenstrahlungsbündel zwischen Monochromator und Präparat parallel zur Kreisachse verengt wird, vorzugsweise bis auf eine schmale Linie·

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis an der die Monochromatormitte durchsetzenden umfangsstelle in seiner Ebene um eine zu ihr senkrechte Achse schwenkbar angeordnet wird.

5. Röntgendiffraktometer zur Strukturuntersuchung insbesondere polykristalliner und flüssiger Stoffe durch ein vom Strichfokus einer Röntgenröhre ausgehendes Strahlungsbündel, welches mit einem gebogenen Monochromator auf den Umfang eines Goniometerkreises fokussiert und an einem Präparat, das an einem Probenhalter im Zentrum des Kreises um eine zu dessen Ebene senkrechte Achse drehbar ist, in strukturspezifischen Winkeln abgebeugt wird, wobei diese und die Intensität der gebeugten Strahlung mittels einer Detektoranordnung am Umfang des Kreises meßbar sind, einschließlich Hilfsmitteln wie Sollerschlitz, Spaltblenden und Justiereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Goniometerkreises (46) die Längsmitte des Monochrometors (38) schneidet.

6. Diffraktometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (D) vom Röntgenröhrenfokus (30) zur Längsmitte des Monochromators (38) gleich dem Durchmesser des Goniometerkreises (46) ist.

7. Diffraktometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g ekenn zeichnet, daß zwischen Monochromator (38) und Präparat (44) wenigstens eine Spaltblende (58...60) vorhanden ist, mittels deren das fokussierte Strahlungsbündel (42) in präziser Einstellung parallel zur Goniometerachse (48) verengbar ist.

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8. Diffraktometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verengung des fokussierten Strahlungsbündels (42) eine Doppel-Spaltanordnung (58, 60) vorgesehen ist, bestehend aus einem Prgzisionsspalt (f8) und einer dessen Streustrahlung beseitigenden Blende (60).

9- Diffraktometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verengung des fokussierten Strahlungsbündels (42) für Reflexionsmessungen oder kombinierte Reflexions-Transmissions-Messungen die Spaltblende (59) dicht vor dem Präparat (44) angeordnet ist.

1G. Diffraktometer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der Längsnitte des Monochromators (38) eine Kantenblende (56) angeorcnet ist.

11. Diffraktometer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gek ennz ei chne t, daß die benutzten Spalte bzw. Blenden (58...60) dem Monochromator (38) unmittelbar nechgeordnet und an seiner Halterung oder seinem Gehäuse befestigt sind.

12. Diffraktometer wenigstens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spalt (z.B. 58) von im zylindrischen Monoehromatorgehäuse verschieblich abgeordneten Wandteilen gebildet ist.

13. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Goniometerkreis (46) an der die Längsmitte des Monochromators (38) schneidenden Umfangsstelle um eine zu Strichfokus (30) und Goniometerachse (48) parallele Achse (40) schwenkbar ist.

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14. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (72) eine Tragscheibe (74) für einen Goniometerkopf (76) aufweist, an dem ein Präparatröhrchen (Debye-Scherrer-Kapillare 78) befestigbar und mit der Goniometerachse (48) fluchtend justierbar ist (Fig. 5).

15. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (79) eine ebene Platte (80) mit einer kreisrunden Aussparung (82) zur formschlüssigen Aufnahme eines Trägers (85, 101) für eine Präparatscheibe (84) oder eine Folie (100) aufweist, die mit der Goniometerachse (48) fluchtend justierbar ist.

16. Diffraktometer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (85 bzw. 101) an seinem Umfang von drei Rollen (88, 89) kraftschlüssig gehalten ist.

17. Diffraktometer nach Anspruch 15 oder 16, dadurch g ekennzeichnet, daß der Träger (85 bzw. 101) in seiner Ebene drehbar ist, vorzugsweise mittels einer an seinem Umfang angreifenden Reibrolle (88), die von Hand und/oder von einem an der Platte (80) angebrachten Motor (90) antreibbar ist.

18. Diffraktometer nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (80) an der vertikalen Stufenfläche (94) einer diagonal gestuften zylindrischen Scheibe (92) befestigbar und zur Goniometerachse (48) hin justierbar ist (Fig. 6 und 7).

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19- Diffraktometer wenigstens nach Anspruch 13 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise die Tragscheibe (74) oder die Stufenscheibe (92) mit dem Goniometertisch verbindbar ist.

20. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Detektoranordnung (52, 54) ein Sekundärmonochromator (70) anbring-, bar ist, vorzugsweise durch Aufschieben seiner Halterung auf den Zählrohrarm (54).

21. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 20, mit solchem Antrieb für den Goniometerkreis, daß dessen Winkelgeschwindigkeit genau halb so groß ist wie diejenige der am Umfang des Goniometerkreises schwenkbar angebrachte Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Goniometertisch-Antrieb mit der Detektoranordnung (52, 54) in starrer, vorzugsweise elektronischer Kopplung bewegungsverbunden ist.

22. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektoranordnung zumindest für große Sektoren des 29-Bereichs oder für diesen insgesamt entlang dem Goniometerkreis (46) ein ortsempfindlicher Perez-Mendez-Detektor vorhanden ist.

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