JP5381925B2 - 酸化物の構造評価方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、これらの手法では、解析可能なものは、固体の結晶性が高い相の構造に限定される。よって、酸化物を高温に加熱した際に溶融成分が生じる場合、当該酸化物を構成する相の構造を評価することはできない。そのため、例えば、高炉原料用の焼結鉱の作製で重要となる「鉄鉱石粉や石灰石等を原料にして、造粒過程、焼成過程を経て焼結鉱を製造するプロセスの解析」の障害となっていた。
即ち、本発明は、以下の通りである。
酸化物の、X線回折角度におけるX線回折強度を測定し、測定した結果を用いて、当該酸化物の構造を評価する酸化物の構造評価方法であって、前記酸化物を加熱チャンバー内で高温に加熱し、当該酸化物に溶融成分を生じさせる工程と、前記溶融成分を生じさせた酸化物にX線発生装置からX線を照射し、X線回折角度におけるX線回折強度を二次元X線検出器で測定する工程と、前記X線回折角度から得られる散乱ベクトルの大きさを独立変数とし、前記X線回折強度から得られる構造因子を従属変数として、当該構造因子に、当該散乱ベクトルの大きさを乗じた関数をフーリエ変換して、前記溶融成分を生じさせた酸化物中の原子配置を表す関数を求める工程と、前記原子配置を表す関数のピーク値により、前記溶融成分を生じさせた酸化物の溶融相及び結晶性の相を判別し、当該溶融相及び当該結晶性の相の構造を同時に評価する工程と、を含むことを特徴とする酸化物の構造評価方法。
高温に加熱して溶融体が生じる酸化物(MOx)の構造を評価する場合、従来は、次のようにしていた。即ち、結晶性の相については、観察されるX線回折強度の強く鋭いピークを標準物質のものと比較して、その構造を決定していた。酸化物に溶融相が存在する場合、観測されるX線回折強度は非常にブロードで微弱である。このため、溶融相から観察されるX線回折強度は、結晶性の相から観察される、X線回折強度の強く鋭いピークにまぎれてしまう。よって、従来は、結晶性の相と共存する溶融相の構造評価は行われていなかった。
以下に、酸化物を高温に加熱した際に溶融成分が生じる場合について、酸化物を構成する相の構造を評価する方法を具体的に述べる。尚、以下の説明では、ρ(r)を、必要に応じて「原子相関の密度」と称し、rを、必要に応じて「原子相関の距離」と称する。
図1に示すような酸化物構造評価システムを用いて実験(酸化物のX線回折強度の測定)を行うことにより、(式1)の右辺を求めることができる。
図1において、酸化物構造評価システムは、X線発生装置1と、平行化光学素子2と、高温チャンバー(加熱チャンバー)4と、二次元タイプのX線検出器である二次元X線検出器5と、を有する。
X線発生装置1は、X線を発生(照射)するX線源である。平行化光学素子2は、X線発生装置1で発生したX線の試料3への入射方向を平行化するものである。二次元X線検出器5は、試料3に入射したX線の反射方向に配置され、試料3から反射したX線を二次元的に検出するものである。
線)、0.154[nm](Mo K・線)であるので、Q=10〜70 nm-1 (Cu K・線)、Q=20
〜160 nm-1 (Mo K・線)程度となる。よって、この範囲の測定でも、十分に実用に耐え
る結果を得ることができる。
(実施例1)
実施例1では、X線発生装置1として回転対陰極型のX線発生装置を用いた。また、試料3を入れた白金製のサンプルホルダーを、高温チャンバー4内において、ヒータ上に配置した。高温チャンバー4には、ベリリウム製の窓を設置し、照射されたX線及び回折したX線が当該窓を透過することが可能になっている。X線検出器は、必要に応じて、二次元タイプの二次元X線検出器5を一次元タイプの一次元検出器に取り替えることができるような構造にした。
チタン板を試料3として、大気中で1800[℃]の高温に試料3を加熱した後、800[℃]まで1分で試料3を冷却し、X線回折強度を測定した。図3は、X線回折角度とX線回折強度との関係の一例を示す図である。図4は、図3に示したX線回折角度に対するX線回折強度から構造因子a(Q)を決定し、これを(式1)に代入してフーリエ変化した結果の一例を示す図である。具体的に、図4は、原子相関の密度ρ(r)と原子相関の距離rとの関係(酸化物の構造の相関)の一例を示す図である。図4に示す結果から、酸化物である試料3の構造を推定した。バックグランドを差し引いて求めた原子相関の密度ρ(r)のピークを、Gaussian関数とLorenz関数とを足し合わせた関数でフィッティングし、その半価幅が小さいもの(通常0.03[nm]程度より小さいもの)を結晶相とし、半価幅が大きいもの(通常0.03nm程度以上のもの)を溶融相とし、それらの強度の比率から、結晶相と溶融相との比率を決定した。溶融相と結晶相の比率は、それぞれ18[%]、82[%](質量分率)であった。そして、結晶相の構造は、周期性の位置(原子相関の距離rが、0.2[nm]及び0.36[nm]付近)から、試料3は、アナターゼ型のTiO2に近い構造であることが分かった。
実施例2でも、実施例1と同様の装置を作製し、X線発生装置1として、回転対陰極型のX線発生装置(Co K線、10[kW])を用い、発生するX線ビームを平行化光学素子2により平行化して試料3に照射した。X線検出器として、二次元X線検出器であるDECRTIS社製のPILATUS(登録商標)を用いた。
試料3として、FeOOH(62[質量%])、Fe2O3(18[質量%])、及びCaCO3(8[質量%])、SiO2(12[質量%])を混合した粉末を用いた。試料3を大気中で20[K/min]の速度で1773[K]まで加熱し、その温度で試料3を10[min]保持した後、焼温時と同様の速度で常温まで冷却した。昇温〜降温の間、回折角度2θ=20[°]〜50[°]の範囲のX線回折強度を二次元X線検出器5で測定した(X線検出器は固定し、測定時間を10[sec]とした)。このような装置を用いて、高温での酸化物の構造を測定した。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
2 平行化光学素子
3 試料
4 高温チャンバー
5 二次元X線検出器
Claims (1)
- 酸化物の、X線回折角度におけるX線回折強度を測定し、測定した結果を用いて、当該酸化物の構造を評価する酸化物の構造評価方法であって、
前記酸化物を加熱チャンバー内で高温に加熱し、当該酸化物に溶融成分を生じさせる工程と、
前記溶融成分を生じさせた酸化物にX線発生装置からX線を照射し、X線回折角度におけるX線回折強度を二次元X線検出器で測定する工程と、
前記X線回折角度から得られる散乱ベクトルの大きさを独立変数とし、前記X線回折強度から得られる構造因子を従属変数として、当該構造因子に、当該散乱ベクトルの大きさを乗じた関数をフーリエ変換して、前記溶融成分を生じさせた酸化物中の原子配置を表す関数を求める工程と、
前記原子配置を表す関数のピーク値により、前記溶融成分を生じさせた酸化物の溶融相及び結晶性の相を判別し、当該溶融相及び当該結晶性の相の構造を同時に評価する工程と、
を含むことを特徴とする酸化物の構造評価方法。
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JP2010168227A JP5381925B2 (ja) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | 酸化物の構造評価方法 |
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