xrd

通常定量分析的樣品細度應(yīng)在45微米左右，即應(yīng)過325目篩。

X射線衍射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后，很快被用于研究金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了許多具有重大意義的結(jié)果。如韋斯特格倫(A.Westgren)(1922年)證明α、γ和δ鐵都是體心立方結(jié)構(gòu)，γ-Fe并不是一種新相;而鐵中的α─→γ轉(zhuǎn)變實質(zhì)上是由體心立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄w，從而最終否定了γ-Fe硬化理論。隨后,在用X射線測定眾多金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)的同時，在相圖測定以及在固態(tài)相變和范性形變研究等領(lǐng)域中均取得了豐碩的成果。如對超點陣結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，推動了對合金中有序無序轉(zhuǎn)變的研究，對馬氏體相變晶體學(xué)的測定，確定了馬氏體和奧氏體的取向關(guān)系;對鋁銅合金脫溶的研究等等。

目前 X射線衍射(包括散射)已經(jīng)成為研究晶體物質(zhì)和某些非晶態(tài)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有效方法。在金屬中的主要應(yīng)用有以下方面:

物相分析 是 X射線衍射在金屬中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把對材料測得的點陣平面間距及衍射強度與標準物相的衍射數(shù)據(jù)相比較，確定材料中存在的物相;后者則根據(jù)衍射花樣的強度，確定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的關(guān)系和檢查材料的成分配比及隨后的處理規(guī)程是否合理等方面都得到廣泛應(yīng)用。

精密測定點陣參數(shù) 常用于相圖的固態(tài)溶解度曲線的測定。溶解度的變化往往引起點陣常數(shù)的變化;當(dāng)達到溶解限后，溶質(zhì)的繼續(xù)增加引起新相的析出，不再引起點陣常數(shù)的變化。這個轉(zhuǎn)折點即為溶解限。另外點陣常數(shù)的精密測定可得到單位晶胞原子數(shù)，從而確定固溶體類型;還可以計算出密度、膨脹系數(shù)等有用的物理常數(shù)。

取向分析 包括測定單晶取向和多晶的結(jié)構(gòu)(見擇優(yōu)取向)。測定硅鋼片的取向就是一例。另外，為研究金屬的范性形變過程，如孿生、滑移、滑移面的轉(zhuǎn)動等，也與取向的測定有關(guān)。

晶粒(嵌鑲塊)大小和微觀應(yīng)力的測定 由衍射花樣的形狀和強度可計算晶粒和微應(yīng)力的大小。在形變和熱處理過程中這兩者有明顯變化，它直接影響材料的性能。

宏觀應(yīng)力的測定 宏觀殘留應(yīng)力的方向和大小，直接影響機器零件的使用壽命。利用測量點陣平面在不同方向上的間距的變化，可計算出殘留應(yīng)力的大小和方向。

對晶體結(jié)構(gòu)不完整性的研究 包括對層錯、位錯、原子靜態(tài)或動態(tài)地偏離平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究(見晶體缺陷)。

合金相變 包括脫溶、有序無序轉(zhuǎn)變、母相新相的晶體學(xué)關(guān)系，等等。

結(jié)構(gòu)分析 對新發(fā)現(xiàn)的合金相進行測定，確定點陣類型、點陣參數(shù)、對稱性、原子位置等晶體學(xué)數(shù)據(jù)。

液態(tài)金屬和非晶態(tài)金屬 研究非晶態(tài)金屬和液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)，如測定近程序參量、配位數(shù)等。

特殊狀態(tài)下的分析 在高溫、低溫和瞬時的動態(tài)分析。

此外，小角度散射用于研究電子濃度不均勻區(qū)的形狀和大小,X射線形貌術(shù)用于研究近完整晶體中的缺陷如位錯線等，也得到了重視。

對于組成元素未知的單組份化合物或者多組分混合物，直接用XRD進行物相分析是存在一定問題的，由于同族的元素具有相似的性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)。造成在同位置出現(xiàn)衍射峰，從而不能確定物相。所以對于未知組成的晶態(tài)化合物首先要進行元素的定性分析。

X射線是一種波長很短(約為20~0.06埃)的電磁波，能穿透一定厚度的物質(zhì)，并能使熒光物質(zhì)發(fā)光、照相乳膠感光、氣體電離。在用電子束轟擊金屬"靶"產(chǎn)生的X射線中,包含與靶中各種元素對應(yīng)的具有特定波長的X射線，稱為特征(或標識)X射線。

X射線是原子內(nèi)層電子在高速運動電子的轟擊下躍遷而產(chǎn)生的光輻射，主要有連續(xù)X射線和特征X射線兩種。晶體可被用作X光的光柵，這些很大數(shù)目的粒子(原子、離子或分子)所產(chǎn)生的相干散射將會發(fā)生光的干涉作用，從而使得散射的X射線的強度增強或減弱。由于大量粒子散射波的疊加，互相干涉而產(chǎn)生最大強度的光束稱為X射線的衍射線。

滿足衍射條件，可應(yīng)用布拉格公式:2dsinθ=nλ

應(yīng)用已知波長的X射線來測量θ角，從而計算出晶面間距d，這是用于X射線結(jié)構(gòu)分析;另一個是應(yīng)用已知d的晶體來測量θ角，從而計算出特征X射線的波長，進而可在已有資料查出試樣中所含的元素。

金屬X射線分析由于設(shè)備和技術(shù)的普及已逐步變成金屬研究和材料測試的常規(guī)方法。早期多用照相法，這種方法費時較長，強度測量的精確度低。50年代初問世的計數(shù)器衍射儀法具有快速、強度測量準確，并可配備計算機控制等優(yōu)點，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但使用單色器的照相法在微量樣品和探索未知新相的分析中仍有自己的特色。從70年代以來，隨著高強度X射線源(包括超高強度的旋轉(zhuǎn)陽極X射線發(fā)生器、電子同步加速輻射,高壓脈沖X射線源)和高靈敏度探測器的出現(xiàn)以及電子計算機分析的應(yīng)用，使金屬 X射線學(xué)獲得新的推動力。這些新技術(shù)的結(jié)合，不僅大大加快分析速度，提高精度，而且可以進行瞬時的動態(tài)觀察以及對更為微弱或精細效應(yīng)的研究。

X射線衍射儀是利用衍射原理,精確測定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu),織構(gòu)及應(yīng)力,精確的進行物相分析,定性分析,定量分析.廣泛應(yīng)用于冶金,石油,化工,科研,航空航天,教學(xué),材料生產(chǎn)等領(lǐng)域.

X射線是波長介于紫外線和γ射線間的電磁輻射。X射線管是具有陰極和陽極的真空管，陰極用鎢絲制成，通電后可發(fā)射熱電子，陽極(就稱靶極)用高熔點金屬制成(一般用鎢，用于晶體結(jié)構(gòu)分析的X射線管還可用鐵、銅、鎳等材料)。用幾萬伏至幾十萬伏的高壓加速電子，電子束轟擊靶極，X射線從靶極發(fā)出。電子轟擊靶極時會產(chǎn)生高溫，故靶極必須用水冷卻。

XRDX-射線衍射(Wide Angle X-ray Diffraction)主要是對照標準譜圖分析納米粒子的組成，分析粒徑，結(jié)晶度等。

應(yīng)用時應(yīng)先對所制樣品的成分進行確認。在確定后，查閱相關(guān)手冊標準圖譜，以確定所制樣品是否為所得。

勞埃利用連續(xù)X射線照射硫酸銅單晶體獲得衍射斑點圖就是第一個用于晶體研究的例子，勞埃同時推導(dǎo)勞埃的衍射方程研究晶體結(jié)構(gòu)。從那以后布拉格父子等一批物理學(xué)家和化學(xué)家利用X射線衍射研究了許多無機物晶體結(jié)構(gòu);上世紀20年代開展了有機物晶體結(jié)構(gòu)的測定工作，30年代開始利用X射線對胃蛋白酶、胰島素等蛋白質(zhì)和生物物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)進行研究。至今經(jīng)過許多科學(xué)工作者的努力，積累了大量的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，現(xiàn)在已經(jīng)有20多萬種，并在國際上建立了五種主要的晶體學(xué)數(shù)據(jù)庫。

(1)劍橋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(The Cambridge Structural Database,CSD)。它有近16萬種X射線或中子衍射測定的三維晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(統(tǒng)計到1997年)。該數(shù)據(jù)庫收集含碳化合物(包括有機物、有機金屬化合物及無機含碳化合物，如碳酸鹽等)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。有多種檢索方法如:化合物名稱、作者姓名、某些原子基團、整個分子或部分化學(xué)結(jié)構(gòu)等。

(2)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(The Protein Data Bank,PDB)。該庫開始建立于1971年，建立在美國Brookhaven國家實驗室?，F(xiàn)已有127020多個生物大分子的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(統(tǒng)計到2017年初)。數(shù)據(jù)庫中對每個蛋白質(zhì)晶體列出下列內(nèi)容:收集的衍射數(shù)目、修正方法、偏差數(shù)值、已測定水分子位置的數(shù)目、蛋白質(zhì)分子中氨基酸連接次序、螺旋、折疊層及轉(zhuǎn)彎的分析、原子坐標參數(shù)，以及和蛋白質(zhì)結(jié)合的金屬原子、底物及抑制劑等的坐標參數(shù)等。

(3)無機晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(The Inorganic Crystal Structural Database)，建立在德國，約3萬多個無機化合物的結(jié)構(gòu)(不含C-C和C-H鍵的化合物)。

(4)NRCC金屬晶體學(xué)數(shù)據(jù)文件(The National Research Council of Canada Crystallographic Data File,NRCC)。該建立在加拿大，約為1.1萬個金屬合金、金屬間物相及部分金屬氫化物和氧化物。

(5)粉末衍射數(shù)據(jù)文件(The Powder Diffraction File)。該庫建立在美國，匯集有6.7萬種單相物質(zhì)的粉晶衍射資料(統(tǒng)計到1997年) ，稱為國際衍射數(shù)據(jù)中心的粉晶數(shù)據(jù)庫(JCPDS-ICDD)。儲存各化合物的晶面間距dhkl和相對強度、晶胞、空間群和密度等數(shù)據(jù)，主要用于物質(zhì)的鑒定。

簡單地說螢光X射線裝置(XRF)和X射線衍射裝置(XRD)有何不同,螢光X射線裝置(XRF)能得到某物質(zhì)中的元素信息（物質(zhì)構(gòu)成,組成和鍍層厚度）,X射線衍射裝置(XRD)能得到某物質(zhì)中的結(jié)晶信息。

具體地說,比如用不同的裝置測定食鹽(氯化鈉=NaCl)時,從螢光X射線裝置得到的信息為此物質(zhì)由鈉(Na)和氯(Cl)構(gòu)成,而從X射線衍射裝置得到的信息為此物質(zhì)由氯化鈉(NaCl)的結(jié)晶構(gòu)成。單純地看也許會認為能知道結(jié)晶狀態(tài)的X射線衍射裝置(XRD為好,但當(dāng)測定含多種化合物的物質(zhì)時只用衍射裝置(XRD)就很難判定,必須先用螢光X射線裝置(XRF)得到元素信息后才能進行定性。