BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ MỸ LINH

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH
VẬT LIỆU TINH THỂ BẰNG NHIỄU XẠ X – QUANG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103

S K C0 0 4 8 2 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ MỸ LINH

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH
VẬT LIỆU TINH THỂ BẰNG NHIỄU XẠ X – QUANG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS LÊ CHÍ CƢƠNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016

ii


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Lê Thị Mỹ Linh

Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 10-07-1984

Nơi sinh: Bình Dƣơng

Quê quán: Bình Dƣơng

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 246F/2, khu phố 1B, phƣờng An Phú, thị xã Thuận An, tỉnh Bình
Dƣơng.
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà:

Fax:

E-mail:


II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ …./…. đến …./ …….

Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học: cơ khí chế tạo máy
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ 10/2002 đến 1/2007

Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2008-2015

Nơi công tác
Trƣờng Cao đẳng nghề Việt Nam –
Singapore tỉnh Bình Dƣơng

iii

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên



LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 01 năm 2016

Lê Thị Mỹ Linh

iv


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học tại trƣờng Đại học Sƣ
phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đã đúc kết đƣợc những kiến thức
bổ ích cho chuyên môn của mình. Vì đề tài nghiên cứu và giải quyết vấn đề khá mới
mẻ dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết về lĩnh vực vật liệu dùng kỹ thuật nhiễu xạ X–
quang, nên lúc đầu tiếp cận đã gặp khá nhiều bỡ ngỡ và khó khăn. Nhƣng với sự tận
tình của giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS.Lê Chí Cƣơng, cùng với sự hỗ trợ từ phía
gia đình, bạn bè đồng nghiệp, cho đến nay luận văn đã đạt đƣợc những kết quả nhƣ
mong muốn.
Đến đây, cho phép tác giả gửi lời cám ơn chân thành đến:
-

Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh

-

Thầy PGS.TS.Lê Chí Cƣơng – Khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ
phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh


-

Viện năng lƣợng nguyên tử Việt nam - Trung tâm hạt nhân Tp
HCM. Số 217 Nguyễn Trãi, Q1, Tp HCM

-

Quý thầy cô khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
Thành phố Hồ Chí Minh

-

Phòng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trƣờng Đại học
Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ, động viên
quý báu của tất cả mọi ngƣời. Xin trân trọng cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016
Học viên thực hiện luận văn

Lê Thị Mỹ Linh

v


TÓM TẮT
Phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang là một trong các phƣơng pháp kiểm tra
không phá hủy đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Từ các dữ liệu liên quan đến
nhiễu xạ, ta có thể tính toán và giải quyết nhiều vấn đề trong kỹ thuật.

Ứng dụng lập trình vào trong khoa học kỹ thuật, vào trong công việc hàng
ngày hiện nay đang đƣợc phát triển hết sức mạnh mẽ. Các phần mềm ứng dụng xuất
hiện trong tất cả mọi ngóc ngách cuộc sống của con ngƣời. Thiết bị di động, máy vi
tính, vật gia dụng trong gia đình … tất cả điều đƣợc lập trình để thực hiện công việc
phục vụ cho nhu cầu của con ngƣời chúng ta.
Đề tài “Nghiên cứu và phát triển phần mềm phân tích vật liệu tinh thể
bằng nhiễu xạ X-quang” đƣợc thực hiện nhằm mục đích phát triển đƣợc phần
mềm phân tích vật liệu dựa trên phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang bằng ngôn ngữ C#.
Phần mềm này giúp ngƣời sử dụng phân tích dữ liệu nhiễu xạ, phân tích ứng suất,
xác định tỉ lệ pha 2 pha, xác định hệ số đàn hồi… của vật liệu 1 cách nhanh chóng
khi có đƣợc dữ liệu nhiễu xạ X-quang thích hợp (tác giả trƣớc đã viết). Phần mềm
giúp cho việc nghiên cứu phân tích vật liệu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang
đạt năng suất và hiệu quả kinh tế cao.
Đề tài đƣợc tác giả nghiên cứu và thực hiện trong thời gian khoảng 06 tháng.
Trong thời gian đó, tác giả đã nghiên cứu các tài liệu về nhiễu xạ X-quang, công
trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Ứng dụng các lý thuyết nghiên cứu đƣợc vào
lập trình. Đến nay tác giả đã hoàn thành đƣợc mục tiêu đề ra, phần mềm X-Pro 1.0
đã đƣợc phát triển để thực hiện phân tích vật liệu dựa trên lý thuyết nhiễu xạ Xquang. Hiện tại, phần mềm X-Pro 1.0 đã có thể thực hiện thêm các chức năng phân
tích và tính toán thêm nhƣ sau
+ Xác định tỉ lệ pha của vật liệu ba pha.
+ Xác định kích thƣớc tinh thể.
+ Xác định chiều dày lớp mạ.

vi


ABSTRACT
X-ray diffraction method, which is one of non-destructive testing methods, is
worldwide using. From the data related to diffraction, we can calculate and solve
technical problems.

Programming application in technology which is using in daily work is
rapidly developing. Application software can be found in all fields of our life.
Mobile equipment, computer, household appliance, etc., are programmed to do
tasks that serve our demands.
Topic “Research and development in software for crystalline material
analysis using X-ray” is processed based on X-ray diffraction method. This
software helps users analyze diffractive data, analyze stress, determine mix ratio,
elastic ratio… for material quickly when they have appropriate X-ray diffraction
data (The previous author drote). It also helps the researches on material analysis
using X-ray diffraction method gain high productivity and commercial efficiency.
The topic is researched and processed in about six months. During process,
author researched and referenced documents about X-ray diffraction from domestic
and foreign resources. The author also turned the research theory into programing.
As a result, the author has finished the research and introduced X-Pro 1.0 which is
used to analyze material based on X-ray diffraction theory. At present, X-pro 1.0
can carry out these following performances:
+ Determining mix ratio for three-phase materials
+ Determining grain size
+ Thin layer thickness

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
M T SỐ KÝ HIỆU


bƣớc sóng

2


góc nhiễu xạ

D

khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử ( hkl )

n

phản xạ bậc cao

h,k,l chỉ số Miller
(hkl) mặt nhiễu xạ
Ψ

góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo với phƣơng pháp tuyến của họ
mặt phẳng nguyên tử nhiễu xạ

Ψo

góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo và tia tới X



là góc phân giác của tia tới và tia nhiễu xạ X

o

là góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của họ mặt phẳng nhiễu xạ và tia tới X




góc tạo bởi tia tới X và phƣơng ngang



góc tạo bởi tia nhiễu xạ và phƣơng ngang



Hệ số hấp thụ ( phụ thuộc vào đặc tính của tia X và loại vật liệu mẫu đo )

m

Hệ số hấp thu khối lƣợng của vật liệu



Tỉ trọng vật liệu

p

vị trí đỉnh của đƣờng nhiễu xạ

LPA hệ số Lorentz và hấp thụ
B

bề rộng đƣờng nhiễu xạ

c


bƣớc của góc đo

t

thời gian chu kỳ xung

M,N

hệ số góc và hệ số chặn của đƣờng thẳng đồ thị sin2 Ψ

z,y

cƣờng độ nhiễu xạ đã và chƣa hiệu chỉnh LPA.

viii


DANH MỤC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Máy chụp tia x quang đầu tiên do Russell Reynold phát triển

1

Hình 1.2: Hình ảnh kích thƣớc tinh thể từ phầm mềm Axio Vision

2


Hình 1.3: Giao diện của phần mềm MDI Jade

3

Hình 1.4: Giao diện phần mềm Maud

3

Hình 1.5: Giao diện phần mềm OriginPro

4

Hình 2.1: Nguyên lý nhiễu xạ theo định luật Bragg

8

Hình 2.2: Hiệu chỉnh nền của đƣờng nhiễu xạ

10

Hình 2.3: Phƣơng pháp trọng tâm

15

Hình 2.4: Phƣơng pháp bề rộng trung bình

16

Hình 2.5: Dữ liệu nhiễu xạ thô


17

Hình 2.6: Dữ liệu sau khi làm mịn với nL=nR=9

18

Hình 2.7: Đƣờng thẳng tiếp tuyến với dữ liệu

19

Hình 2.8: Đƣờng thẳng tiếp tuyến tại điểm i

19

Hình 2.9: Đơn vị nhiễu xạ

20

Hình 2.10: Xác định dữ liệu nhiễu xạ của mặt nhiễu xạ

22

Hình 2.11: Tính năng lƣơng nhiễu xạ

25

Hình 2.12: Nhiễu xạ thô của vật liệu ba pha

26


Hình 2.13: Giản đồ nhiễu xạ ba pha cần khử bỏ nền

27

Hình 2.14: Chọn (xo,yo) và (xn,yn) bằng 5 lần bề rộng trung bình

28

Hình 2.15: Hình ảnh TEM của zeolite A [10]

28

Hình 2.16: Độ rộng Scherrer đƣờng nhiễu xạ

29

Hình 2.17: Phƣơng pháp nhiễu xạ 

32

Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý mạ

38

ix


Hình 2. 19: Sơ đồ nguyên lý đo chiều dày màng mỏng


40

Hình 3.1: Cấu trúc của phần mềm X-Pro 1.0

47

Hình 3. 2: Lƣu đồ phân tích đƣờng nhiễu xạ

49

Hình 3.3: Lƣu đồ tính tỉ lệ pha của vật liệu 3 pha

51

Hình 3.4: Lƣu đồ xác định kích thƣớc tinh thể

55

Hình 3.5: Lƣu đồ xác định chiều dày lớp phủ

56

Hình 3.6: Định dạng tập tin dữ liệu của phần mềm X-Pro 1.0

57

Hình 3.7: Cửa sổ chính của phần mềm phân tích vật liệu

58


Hình 3.8: Dữ liệu nhiễu xạ cần phân tích

59

Hình 3.9: Cửa sổ kết quả phân tích dữ liệu

60

Hình 3.10: Kết quả xuất ra từ phần mềm

61

Hình 3.11: Thực đơn con của chức năng xác định tỉ lệ pha

61

Hình 3. 12: Cửa sổ chính khi tính tỉ lệ pha vật liệu 3 pha

62

Hình 3. 13: Cửa sổ chƣơng trình phân tích dữ liệu ba pha

63

Hình 3.14: Cửa sổ chƣơng trình khi đã xác định 3 pha

63

Hình 3. 15: Kết quả tính tỉ lệ pha vật liệu 3 pha ứng với dữ liệu thứ nhất


64

Hình 3. 16: Cửa sổ chƣơng trình tính kích tinh thể

65

Hình 3. 17: Cửa sổ chọn dữ liệu của chức năng tính kích thƣớc tinh thể

66

Hình 3. 18: Cửa sổ phân tích dữ liệu

67

Hình 3. 19: Cửa sổ kết quả tính kích thƣớc tinh thể

68

Hình 3. 20: Cửa sổ chọn tính chiều dày lớp mạ

69

Hình 3.21: Cửa sổ kết quả tính chiều dày lớp mạ với dữ liệu thứ nhất

70

Hình 3. 22: Cửa sổ kết quả tính chiều dàỳ lớp phủ với dữ liệu thứ hai

71


Hình 3. 23: Cửa sổ kết quả tính chiều dày lớp phủ với dữ liệu thứ ba.

72

Hình 4. 1: Giản đồ nhiễu xạ cho mẫu chuẩn CeO2

73

Hình 4.2: Dữ liệu nhiễu xạ của vật liệu CeO2

74

Hình 4.3: Kết quả phân tích dữ liệu nhiễu xạ CeO2

74

x


Hình 4.4: Cửa sổ khi chọn tính kích thƣớc tinh thể

78

Hình 4.5: Kết quả tính kích thƣớc tinh thể của mẫu A2

79

Hình 4.6: Kết quả tính kích thƣớc tinh thể của mẫu A1-2

80


DANH MỤC BẢNG

BẢNG

TRANG

Bảng 2.1:Hệ số hấp thu của phƣơng pháp iso-inclination và side-inclination có và
không có giới hạn vùng nhiễu xạ

11

Bảng 2.2: Bảng giá trị sin2/n với lần lƣợt là 1,2,3...n

22

Bảng 2.3: Dạng tổng bình phƣơng của mộtsố chỉ số Miller cho hệ mạng lập phƣơng
tâm mặt

23

Bảng 2.4: Tra tìm m và 

36

Bảng 4.1: So sánh kết quả phân tích dữ liệu bằng X-Pro 1.0 và kết quả mẫu

76

Bảng 4. 2: Kết quả so sánh tính tỉ lệ pha giửa phần mềm và phƣơng pháp hóa học 76

Bảng 4.3: Thành phần vật liệu SS400

76

Bảng 4.4: Kết quả tính tay chiều dày lớp mạ Niken

77

Bảng 4.5: Kết quả đo chiều dày bằng kim tƣơng

77

Bảng 4.6: Kết quả đo chiều dày bằng từ trƣờng

77

Bảng 4.7: Kết quả xác định chiều dày lớp mạ từ phần mềm

77

xi


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn .................................................................................ii

LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. v
TÓM TẮT .................................................................................................................. vi
ABSTRACT ..............................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. xi
MỤC LỤC .................................................................................................................xii
Chƣơng 1.TỔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1

Ứng dụng nhiễu xạ x-quang trong phân tích vật liệu:........................................ 1

1.1.1

Tình hình trong nƣớc: ............................................................................. 1

1.1.2

Tình hình quốc tế: ................................................................................... 1

1.1.2.1

Phần mềm Axio Vision: ...................................................................... 2

1.1.2.2

Phần mềm MDI Jade: .......................................................................... 2


1.1.2.3

Phần mềm Maud: ................................................................................. 3

1.1.2.4 Phần mềm OriginPro .............................................................................. 4
1.2

Mục đích của đề tài ........................................................................................ 4

1.3

Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài. ......................................................... 5

1.3.1

Nhiệm vụ của đề tài ................................................................................ 5

1.3.2

Giới hạn của đề tài .................................................................................. 5

1.3.3

Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 6

1.3.4

Điểm mới của luận văn. .......................................................................... 6

Chƣơng 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 7

2.1

Khái niệm về x-quang.................................................................................... 7

2.2

Định luật Bragg ............................................................................................. 7

xii


2.3

Các phƣơng pháp đo ...................................................................................... 9

2.4

Hiệu chỉnh đƣờng nhiễu xạ x-ray ................................................................ 10

2.5

2.4.1

Hiệu chỉnh nền ................................................................................... 10

2.4.2

Hiệu chỉnh hệ số LPA. ...................................................................... 11

Phƣơng pháp xác định vị trí đỉnh. ............................................................... 11


2.5.1

Phƣơng pháp parabola. ......................................................................... 11

2.5.2

Phƣơng pháp đƣờng cong Gaussian. .................................................... 14

2.5.3

Phƣơng pháp trọng tâm. ........................................................................ 14

2.5.4

Phƣơng pháp bề rộng trung bình. ......................................................... 15

2.6

Làm mịn dữ liệu .......................................................................................... 17

2.7

Nguyên lý phân tích đƣờng nhiễu xạ. .......................................................... 19

2.7.1

Nguyên lý xác định các mặt nhiễu xạ hkl. ............................................ 19

2.7.2


Xác định các đỉnh nhiễu xạ từ các mặt nhiễu xạ thu đƣợc. .................. 22

2.7.3

Xác định các chỉ số hkl của các mặt nhiễu xạ....................................... 22

2.8

Lý thuyết xác định tỉ lệ pha dựa vào năng lƣợng nhiễu xạ toàn phần của

mỗi pha. ................................................................................................................. 24
2.8.1

Công thức tính t lệ pha dựa vào năng lƣợng nhiễu xạ. ....................... 24

2.8.2

Xác định năng lƣợng Eij của mỗi pha: ................................................. 25

2.8.3

Phƣơng pháp tiến hành xử lý dự liệu đo đạc. ....................................... 25

2.8.3.1

Hiệu chỉnh nền nhiễu xạ. ................................................................... 25

2.8.3.2


Chọn phạm vi bề rộng đáy nhiễu xạ X : ........................................... 28

2.8.4

Xác định kích thƣớc tinh thể [9]............................................................. 28

2.8.4.1 Kích thƣớc hạt: ..................................................................................... 28
2.8.4.2 Kích thƣớc hạt tinh thể: ........................................................................ 29
2.8.5

Đo chiều dày lớp mạ [10]........................................................................ 31

2.8.5.1

Theo phƣơng pháp nhiễu xạ X-quang: .............................................. 31

2.8.5.2

Tính độ dày lớp mạ theo công thức Faraday: .................................... 38

2.8.5.3

Phƣơng pháp chụp ảnh kim tƣơng: ................................................... 38

2.8.5.4

Phƣơng pháp từ trƣờng:..................................................................... 39

2.8.5.5


Phƣơng pháp siêu âm: ....................................................................... 40

Chƣơng 3.PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT LIỆU .................... 44
3.1

Lập trình ứng dụng trong công nghiệp và kỹ thuật ..................................... 44

xiii


3.1.1

Tổng quan về lập trình. ......................................................................... 44

3.1.2

Ứng dụng lập trình trong công nghiệp và kỹ thuật. .............................. 44

3.1.3

Chọn ngôn ngữ lập trình. ...................................................................... 45

3.2

Chƣơng trình phân tích vật liệu từ nhiễu xạ x-ray...................................... 46

3.2.1

Cấu trúc chƣơng trình ........................................................................... 46


3.2.2

Lƣu đồ của chƣơng trình. ...................................................................... 47

3.2.2.1

Phân tích dữ liệu nhiễu xạ. ................................................................ 47

3.2.2.2

Tỉ lệ pha: ............................................................................................ 50

3.2.2.3

Xác định kích thƣớc tinh thể ............................................................. 55

3.2.2.4

Xác định chiều dày lớp mạ ................................................................ 56

3.2.3

Định dạng tập tin dữ liệu nhiễu xạ ........................................................ 57

3.2.4

Giao diện và thao tác của chƣơng trình ................................................ 58

3.2.4.1


Phân tích vật liệu ............................................................................... 58

3.2.4.2

Xác định tỉ lệ pha ............................................................................... 61

3.2.4.3

Xác định kích thƣớc tinh thể ............................................................. 65

3.2.4.4

Xác định chiều dày lớp mạ ................................................................ 69

Chƣơng 4.TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VẬT
LIỆU ......................................................................................................................... 73
4.1

Kiểm nghiệm phân tích dữ liệu nhiễu xạ của vật liệu CeO2 ....................... 73

4.2

Kiểm nghiệm xác định tỉ lệ pha của vật liệu ba pha: .................................. 76

4.3

Kiểm nghiệm xác định chiều dày lớp mạ Niken của thép SS400 ............... 76

4.4


Kiểm nghiệm xác định kích thƣớc tinh thể của vật liệu Zeolite ................. 78

Chƣơng 5. KẾT LUẬN ........................................................................................... 81
5.1

Kết quả đạt đƣợc. ......................................................................................... 81

5.2

Hƣớng phát triển của đề tài. ........................................................................ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 83
PHỤ LỤC………………………………………………………………………… 84

xiv


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Ứng dụng nhiễu xạ x-quang trong phân tích vật liệu:
1.1.1 Tình hình trong nƣớc:
Việc nghiên cứu ứng dụng x-quang trong kỹ thuật đã dần đƣợc thực hiện nhiều ở
nƣớc ta. Ở nƣớc ta x-quang đƣợc sử dụng rộng rãi trong y học để chuẩn đoán hình ảnh,
có nhiều đề tài nghiên cứu về x-quang trong lĩnh vực địa chất. Trong lĩnh vực cơ khí,
cũng có rất nhiều đề tài nghiên cứu x quang để phân tích vật liệu nhƣ tính ứng suất, tỉ
lệ pha, kích thƣớc tinh thể, chiều dày lớp phủ … Tuy nhiên việc nghiên cứu chỉ dừng ở
lại mức tìm hiểu, nắm bắt vấn đề để ứng dụng vào trong thực tiễn. Chƣa có những
nghiên cứu đột phá, phát hiện mới về x-quang ở nƣớc ta. Ứng dụng x-quang để phân
tích vật liệu ở nƣớc ta cũng đang ở bƣớc đầu phát triển và dần ứng dụng vào thực tế.

Nhƣng chƣa có phần mềm phân tích vật liệu nào sử dụng lý thuyết nhiễu xạ x quang
để giúp việc tính toán diễn ra nhanh chóng và đạt tính kinh tế, việc tính toán phân tích
còn thực hiện thủ công hoặc sử dụng 1 số phần mềm không chuyên dụng để hỗ trợ tính
toán nhƣ Ogirin, Excell …Ở nƣớc ta các công trình nghiên cứu về phần mềm phân tích
vật liệu còn rất ít và chƣa phổ biến.
1.1.2 Tình hình quốc tế:
Trên thế giới, việc nghiên cứu và ứng dụng x quang đã đƣợc phát triển từ rất lâu.
Năm 1896 Rogen phát hiện ra tia x, và bức ảnh
chụp x quang đầu tiên đƣợc chụp bởi Rontgen
đó là bàn bàn tay vợ của ông ấy. Từ nghiên cứu
của Rontgen, nha khoa học Russell Reynold đã
phát minh ra máy chụp chiếu tia X-quang đầu
tiên trên thế giới vào năm 1896. Phát minh này
đã gây sửng sốt trong nền y học thế giới hiện
đại. Ngƣời ta không ngờ đƣợc rằng máy móc
có thể cho phép chúng ta nhìn thấu các bộ phận
Hình 1.1: Máy chụp tia x quang đầu
tiên do Russell Reynold phát triển


bên trong cơ thể và phát hiện đƣợc bệnh tật. Trƣớc đó những nghiên cứu về nó đã bị
coi là viễn tƣởng. Vào khoảng những năm 1975, việc nghiên cứu x quang đƣợc phát
triển mạnh mẽ, nhiều lý thuyết việc ứng dụng x quang trong nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên
cứu cấu trúc bên trong các vật liệu mờ đƣợc ra đời. Hiện nay các nƣớc phát triển trên
thế giới đã nghiên cứu rất sâu về khả năng của x quang, và cho ra nhiều nghiên cứu để
ứng dụng x quang trong khoa học kỹ thuật. Có nhiều phần mềm giúp phân tích dữ liệu
nhiễu xạ x-ray nhƣ: Axio Vision, MDI Jade, Maud...
1.1.2.1 Phần mềm Axio Vision:
Phần mềm Axio Vision là một phần mềm tích hợp các tính năng nhƣ: xác định kích
thƣớc tinh thể, xác định thành phần tỉ lệ pha.


Hình 1.2: Hình ảnh kích thƣớc tinh thể từ phầm mềm Axio Vision
1.1.2.2 Phần mềm MDI Jade:
Phần mềm phân tích dữ liệu nhiễu xạ và xác định kích thƣớc tinh thể.

2


Hình 1.3: Giao diện của phần mềm MDI Jade
1.1.2.3 Phần mềm Maud:
Maud là một phần mềm hỗ trợ phân tích và vẽ giản đồ nhiễu xạ X-quang.

Hình 1.4: Giao diện phần mềm Maud

3


1.1.2.4 Phần mềm OriginPro

Hình 1.5: Giao diện phần mềm OriginPro
-

Phần mềm OriginPro là một phần mềm hỗ trợ các kỹ sƣ và nhà khoa học để
phân tích dữ liệu bằng cách thể hiện trên đồ thị.

-

Phần mềm sử dụng một cách dễ dàng với giao diện đồ họa và các cửa sổ con.

-


Phần mềm trao đổi dữ liệu dễ dàng với các phần mềm xử lý dữ liệu nhƣ:
Excel, Matlab, Ladview…
 Đánh giá chung:

Những phần mềm này là những phần mềm chuyên dụng, đa dạng về phƣơng thức điều
khiển và chủ yếu tập trung vào một hay hai chức năng riêng biệt của lĩnh vực phân tích
vật liệu, chƣa mang tính toàn diện và đa năng. Ngôn ngữ của phần mềm chủ yếu là
tiếng anh.
1.2 Mục đích của đề tài
Nghiên cứu và phát triển vật liệu hiện nay đang là vấn đề quan trọng trong công
nghệ và khoa học kỹ thuật. Khi con ngƣời phát hiện đƣợc 1 vật liệu mới nào đó, để
hiểu rõ tính chất của nó, các nhà khoa học phải nghiên cứu và phân tích, xác định tính
chất cơ tính, lý tính, hóa tính của nó để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau. Hay

4


khi nghiên cứu chế tạo 1 sản phẩm nào đó, ta phải nghiên cứu sử dụng loại vật liệu nào
phù hợp với yêu cầu, chịu đƣợc tải trọng nhất định, độ ăn mòn, nhiệt độ … Hiện nay
có nhiều phƣơng pháp phân tích vật liệu phổ biến nhƣ x quang, kim tƣơng, kính hiển
vi điện tử, phân tích nhiệt... Trong số những phƣơng pháp đó, phƣơng pháp nhiễu xạ
x-quang đem lại hiệu suất cao bởi vì nó không phá hủy và phân tích chính xác đƣợc
nhiều vấn đề liên quan đến vật liệu nhƣ ứng suất, kích thƣớc tinh thể, tỉ lệ pha của vật
liệu, hệ số đàn hồi, chiều dày lớp mạ … và nó có thể dễ dàng để tự động hóa.
Ngày nay, với sự ra đời của máy vi tính và sự phát triển nhƣ vũ bão của công
nghệ thông tin, máy tính có tốc độ xử lý ngày càng cao, nó giúp ta thực hiện đƣợc khối
lƣợng tính toán vô cùng lớn trong một thời gian rất ngắn. Do đó, việc ứng dụng lập
trình vào những việc tính toán và phân tích khó, dài dòng là hết sức cần thiết, nó giúp
ta rút ngắn thời gian làm việc, đạt hiệu quả công việc cao.

Do đó, mục đích của đề tài là nghiên cứu và phát triển một hệ thống phần mềm
phân tích vật liệu dựa trên phƣơng pháp nhiễu xạ x quang. Phần mềm sẽ giúp cho việc
phân tích vật liệu trở nên nhanh chóng hơn, giúp ngƣời sử dụng xác định 1 cách nhanh
chống các giá trị. Ở đề tài của tác giả trƣớc thì phần mềm đã thực hiện đƣợc các tính
năng nhƣ phân tích ứng suất, mô đun đàn hồi, tỉ lệ pha của vật liệu hai pha. Trong đề
tài này, tác giả của luận văn đã phát triển thêm các tính năng nhƣ tính kích thƣớc tinh
thể, tính chiều dày lớp mạ của vật liệu và tính tỉ lệ pha của vật liệu ba pha khi có dữ
liệu nhiễu xạ của vật liệu đó.
1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài.
1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu các lý thuyết liên quan về nhiễu xạ x-quang và ứng dụng vào việc
phân tích vật liệu từ kết quả nhiễu xạ x-quang.
Phát triển hệ thống phần mền phân tích vật liệu dựa trên phƣơng pháp nhiễu xạ
x-quang.
1.3.2 Giới hạn của đề tài

5


Do thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế, nên đề tài chỉ tập trung phát triển hệ
thống phần mềm chủ yếu trong việc xác định tỉ lệ pha của vật liệu 3 pha, kích thƣớc
tinh thể và tính chiều dày lớp mạ.
1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
Dựa vào các tài liệu hiện có trên thế giới về lý thuyết nhiễu xạ x-quang để tìm
hiểu cách thức nhiễu xạ của x-quang trên vật liệu nhƣ thế nào.
Tham khảo tài liệu trên thế giới để tìm hiểu phƣơng pháp xác định các tính chất
vật liệu dựa trên dữ liệu nhiễu xạ x-quang.
Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình C# để lập trình phát triển phần mền phân tích
vật liệu.
Tiến hành tính toán phân tích lại các dữ liệu nhiễu xạ x-quang đã đƣợc tính toán

xác thực để kiểm nghiệm tính chính xác của phần mềm.
Kế thừa nghiên cứu của ngƣời đi trƣớc để phát triển đề tài.
1.3.4 Điểm mới của luận văn.
Phát triển các chức năng của 1 phần mềm hoàn toàn mới thuần Việt, dựa trên
các lý thuyết về nhiễu xạ x-quang đã đƣợc nghiên cứu để phân tích nhiều khía cạnh
khác nhau của vật liệu. Tác giả phát triển thêm: xác định tỉ lệ pha của vật liệu 3 pha,
xác định kích thƣớc tinh thể, xác định chiều dày lớp mạ.
Giúp việc phân tích vật liệu dựa trên dữ liệu nhiễu xạ x-quang từ các máy nhiễu
xạ trở nên nhanh chóng và thuận tiện hơn.

6


Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Khái niệm về x-quang
Vào năm 1895, nhà vật lý ngƣời Đức Röntgen đã phát hiện ra tia X (tia
Röntgen). Những tia này không thấy đƣợc bằng mắt thƣờng nhƣng chúng đi theo
đƣờng thẳng và tác động lên phim hình giống nhƣ là ánh sáng. Ở một mặt khác, chúng
có thể xuyên thấu nhiều hơn ánh sáng và có thể dễ dàng đi qua cơ thể ngƣời, gỗ,
những mẫu kim loại mỏng và những đối tƣợng “không trong suốt khác”.
Năm 1912, bản chất chính xác của tia X mới đƣợc thành lập. Trong những năm
này, hiện tƣợng nhiễu xạ tia X bởi tinh thể đã đƣợc khám phá. Khi đó, bản chất sóng
của tia X đã đƣợc chứng minh và cũng cung cấp phƣơng pháp mới để nghiên cứu sâu
hơn về vật chất. Mặt dù phép chụp tia X là công cụ rất quan trọng và có thể áp dụng
đƣợc trên diện rộng, nó vẫn giới hạn bên trong chi tiết hoặc là cho ta thấy đƣợc kích
thƣớc khoảng 10-3mm. Sự nhiễu xạ, ở mặt khác, có thể gián tiếp xác định đƣợc chi tiết
bên trong cấu trúc với mức 10-7mm, và với sự nghiên cứu này nó đƣợc ứng dụng vào

những vấn đề của vật liệu.
2.2 Định luật Bragg
Định luật Bragg, đƣợc W. L. Bragg thiết lập vào năm 1933, thể hiện mối quan hệ giữa
bƣớc sóng của tia X và khoảng cách giữa các mặt nguyên tử 13,14].
0

Khi chiếu tia X có bƣớc sóng (10 – 10  ) tƣơng ứng với khoảng cách giữa các mặt
-4

2

phẳng nguyên tử vào vật rắn tinh thể sẽ xuất hiện các tia nhiễu xạ với cƣờng độ và các
phƣơng khác nhau, các phƣơng nhiễu xạ phụ thuộc vào bƣớc sóng của bức xạ tới và
bản chất của mẩu tinh thể. Định luật Bragg thiết lập mối quan hệ giữa bƣớc sóng tia X
và khoảng cách giữa các mặt nguyên tử.
Các giả thuyết : Các mặt phẳng nguyên tử phản xạ các bức xạ tới phải độc lập, các tia
tới phải tán xạ hoàn toàn.

7


S

K

L

0

0


2

1

5

4