X射线衍射⽅向材料分析
第⼆章X射线衍射⽅向
X射线照射晶体，电⼦受迫振动产⽣相⼲散射；同⼀原⼦内各电⼦散射波相互⼲涉形成原⼦散射波。由于晶体内各原⼦呈周期
排列，因此各原⼦散射波间也存在固定的位相关系⽽产⽣⼲涉作⽤，在某些⽅向上发⽣相长⼲涉，即形成了衍射波。由此，可
知衍射的本质是晶体中各原⼦相⼲散射波叠加（合成）的结果。衍射波的两个基本特征—衍射线（束）在空间分布的⽅位（衍
射⽅向）和强度，与晶体内原⼦分布规律（晶体结构）密切相关。
X射线衍射分析是以X射线在晶体中的衍射现象作为基础的。衍射可归结为两⽅⾯的问题，即衍射⽅向及衍射强度。布拉格⽅
程是阐明衍射⽅向的基本理论，⽽倒易点阵与爱⽡尔德图解则是解决衍射⽅向的有⼒⼯具。
晶体⼏何结构是更为基础的知识，在讨论上述内容之前应该有所了解。有关点阵、晶胞、晶系以及晶向指数、晶⾯指数等在某
些课程中可能已涉及，为适应衍射分析的需要，⼤家课前应该有所准备，这⾥不在重复。
⼀、劳厄⽅程：
波长为λ的⼀束X射线，以⼊射⾓α投射到晶体中原⼦间距为a的原⼦列上（图1）。假设⼊射线和衍射线均为平⾯波，且晶胞
中只有⼀个原⼦，原⼦的尺⼨忽略不计，原⼦中各电⼦产⽣的相⼲散射由原⼦中⼼点发出，那么由图1可知，相邻两原⼦的散射线光程差为：
若各原⼦的散射波互相⼲涉加强，形成衍射，则光程差必须等于⼊射X射线波长
λ德整数倍：
式中：H为整数（0，1，2…），称为衍射级数。⼊射X射线的⽅向S0确定后，则决定各级衍射⽅向α/⾓可由下式求得：
由于只要α/⾓满⾜上式就能产⽣衍射，因此，衍射线将分布在以原⼦列为轴，以α/⾓为半顶⾓的⼀系列圆锥⾯上，每⼀个H值
对应于⼀个圆锥。
在三维空间中，设⼊射X射线单位⽮量S0与三个晶轴a，b，c的交⾓分别为α，β，γ。若产⽣衍射，则衍射⽅向的单位⽮量S
与三个晶轴的交⾓α/，β/，γ/必须满⾜：
a（COSα/－COSα）= Hλ
b（COSβ/－COSβ）= Kλ
c （COSγ/－COSγ）= Lλ
X射线衍射分析技术综述详解
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 冶⾦⼯程专业硕⼠研究⽣结课论⽂论⽂题⽬：X射线衍射分析技术综述
课程名称：Modern Material Analytic Technology
专业班级： 201 级硕⼠研究⽣
学⽣姓名：
学号：
学院名称：材料科学与⼯程学院
学期：第⼀学期
完成时间： 2015年12⽉ 10 ⽇
⽬录
摘要 (2)
第⼀章X射线衍射技术的发展历史 (4)
1.1 X射线的发展历程 (4)
1.2 X衍射仪的发展历史 (6)
1.2.1早期的照相机阶段 (6)
1.2.2衍射仪中期的阶段 (6)
1.2.3近代的电⼦计算机衍射仪阶段 (7)
第⼆章X射线衍射的⼯作原理 (7)
2.1 X射线衍射⼯作原理 (8)
2.1.1运动学衍射理论 (8)
2.1.2动⼒学衍射理论 (9)
第三章X衍射仪的构造及功能 (10)
3.1 X射线衍射仪的⼯作原理 (10)
3.1.1测⾓仪 (11)
3.1.2 X射线发⽣器 (12)
3.1.3 X射线衍射信号检测系统 (13)
3.1.4数据处理和打印图谱系统 (15)
第四章X射线衍射技术在材料以及冶⾦⽅⾯的应⽤ (16)
4.1物相鉴定（物相定性分析） (16)
4.2物相定量分析 (16)
4.3残余奥⽒体定量分析 (17)
4.4晶体点阵参数的测定 (17)
4.5微观应⼒和宏观应⼒的测定 (17)
4.6结晶度的测定 (19)
4.7晶体取向及织构的测定 (19)第五章X射线衍射技术未来发展⽅向 (21)
结束语 (22)
参考⽂献 (23)
摘要X射线衍射分析技术是⼀种⼗分有效的材料分析⽅法,X射线衍射在材料分析中具有⼴泛的应⽤。它不仅可以⽤来进⾏材料
的物相分析和残余应⼒的分析,还可以对材料的结晶度、微晶⼤⼩以及晶体取向进⾏测定。可以说是对晶态物质进⾏物相分析
的⽐较权威的⽅法。在⼯程和实验教学上具有⼴泛的应⽤。随着技术⼿段的不断创新和完善，X射线衍射实验在材料成分分析
绪 论
一．X射线实验技术的发展概况
1895年，德国物理学家伦琴（W.K.Rontgen)，作阴极射线实验时，发现了一种不可见的射线，由于当时不知它的性能和本质，故称X射线，也称伦琴射线。
1909年，巴克拉（Barkla)利用X射线，发现X射线与产生X射线的物质（靶）的原子序数（Z）有关，由此发现了标识X射线，并认为此X射线是原子内层电子跃迁产生。
1908~1909年，德国物理学家Walte.Pohl，将X射线照金属（相当于光栅），产生了干涉条纹。
1910年，Ewald发现新散射现象，劳埃由此得出：散射间距（即原子间距）近似于1A数量级。
1912年，劳埃提出非凡预言：X射线照射晶体时，将产生衍射。
随后，为解释衍射图象，劳埃提出了劳埃方程；
1913年，布拉格父子导出了简单实用的布拉格方程；
随后，厄瓦尔德把衍射变成了图解的形式：厄瓦尔德图解
1913~1914年，莫塞莱定律的发现，并最终发展成为X射线光谱分析及X射线荧光分析。
X射线衍射理论已基本完善，是一门相当成熟的学科，而X射线衍射技术仍在不断发展，近年来，发展尤为显著，其主要方面和原因有：
（1）新光源的发明：转靶、同步辐射、X射线激光、X射线脉冲源，高效率、强光源，使测量精度提高4个数量级。
（2）新的探测器：由气体探测器到固体探测器，高分辨率、高灵敏度，使测量提高2个数量级。
（3）新的数据记录及处理技术：高度计算机化
a. 实验设备、实验数据全自动化；
b. 数据分析计算程序化；
c. 衍射花样的计算机模拟。
二．X射线分析在金属材料领域中的主要应用
物相分析
点阵常数的精确测定
织构的测定
此外还有：晶粒大小的测定，应力测定等等。
第二章 X射线的产生和性质（即X射线物理学）
《现代测试技术》课程简介
课程编号 课程名称 现代测试技术
课程性质 选修 学 时 48 学 分 3
学时分配 授课：48 实验： 上机： 实践： 实践（周）：
考核方式 闭卷考试，平时成绩占30% ，期末成绩占70% 。
开课学院 更新时间
适用专业 应用物理学
先修课程 普通物理、 功能材料、材料物理导论
课程内容：
现代测试技术是一门用以培养学生材料结构分析与测试技能的专业选修课.
通过学习使学生掌握X射线衍射和电子显微技术的基础理论,试验方法及基本技能;掌握X射线衍射仪,透射电镜,扫描电镜和电子探针等现代测试设备的结构及其在材料分析测试技术中的原理及试验方法.应用X射线衍射方法进行晶体结构的测定,物相分析,宏观应力测定；掌握透射电镜的复型和薄膜制备技术及电子衍射的原理,应用电子衍射对材料进行微关组织结构的分析,应用扫描电镜和电子探针对材料进行表面形貌和微观结构及成分进行分析. 以培养学生使用分析测试方法为材料科学研究服务.
本课程主要内容包括：X射线衍射学，透射电子显微学， 扫描电子显微镜，电子探针，光谱分析等.
Brief Introduction
Code Title Modern Techniques of Measurement
Course nature Elective Semester Hours 48 Credits 3
Semester Hour
Structure Lecture：48 Experiment： Computer Lab： Practice：
Practice (Week)：
Assessment Closed book examination, usually results accounted for 30%, the final
grade accounted for 70%.
