X射线衍射仪对比分析

X射线的英文简写为XPD或XRD。有时会把它叫做x射线多晶体衍射仪，英文名称为X-raypolycrystallinediffractometer简写仍为XPD或XRD。

图1.某品牌X射线衍射仪外观图

一、原理：

x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即一束X射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析衍射结果，便可获得晶体结构。以上是1912年德国物理学家劳厄(M.vonLaue)提出的一个重要科学预见，随即被实验所证实。1913年，英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg，W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上，不仅成功的测定了NaCl，KCl等晶体结构，还提出了作为晶体衍射基础的著名公式——布拉格方程：2dsinθ=nλ。对于晶体材料，当待测晶体与入射束呈不同角度时，那些满足布拉格衍射的晶面就会被检测出来，体现在XRD图谱上就是具有不同的衍射强度的衍射峰。对于非晶体材料，由于其结构不存在晶体结构中原子排列的长程有序，只是在几个原子范围内存在着短程有序，故非晶体材料的XRD图谱为一些漫散射馒头峰。　　

X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力，精确的进行物相分析，定性分析，定量分析。广泛应用于冶金，石油，化工，科研，航空航天，教学，材料生产等领域。　

二、构造：

X射线衍射仪的形式多种多样，用途各异，但其基本构成很相似，为X射线衍射仪的基本构造原理图，主要部件包括4部分。　

（1）高稳定度X射线源

提供测量所需的X射线,改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长,调节阳极电压可控制X射线源的强度。　　

（2）样品及样品位置取向的调整机构系统

样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。　　

（3）射线检测器

检测衍射强度或同时检测衍射方向,通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。　　

（4）衍射图的处理分析系统

现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统,它们的特点是自动化和智能化。　　

三、分析：

X射线衍射分析建立在X射线与晶体物质相遇时能发生衍射现象的基础上的一种分析方法。应用这种方法可进行物相定性分析和定量分析、宏观和微观应力分析。　

（1）物相定性分析：

每种晶体物相都有一定的衍射花样，故可根据不同的衍射花样鉴别出相应的物相类别。由于这种方法能确定被测物相的组成，在机械工程材料特别是金属材料的研究中应用较广。　　

（2）物相定量分析：

每一物相的任一衍射线条的积分强度与该相在混合物中的体积分数有一定的数量关系，因此可根据谱线的积分强度求出各物相的定量组成。例如淬火钢中残余奥氏体含量的多少会显著影响钢的机械性能和加工工艺性能，用物相定量分析方法可合理控制和精确测定某些产品（诸如轴承、齿轮、切削刀具等）中的残余奥氏体量。　　

（3）宏观应力分析：

当晶体材料中存在着宏观残余应力时就会导致衍射峰的位移，根据位移的大小可求出宏观残余应力的数值。残余应力的大小和分布直接影响零部件的疲劳强度、静强度、抗应力腐蚀性能和尺寸稳定性等,因此常通过X射线宏观应力分析来检查焊接、热处理和表面强化处理等工艺的效果，以及控制切削、磨削等表面加工质量。　　

（4）晶粒大小和微观应力分析：

晶粒细化和微观应力的存在会使衍射峰宽化。可根据其宽化程度和线型求出金属材料或零部件中晶粒大小和微观应力数值，用以研究材料的机械性能、塑性变形特性、合金强化等问题。　　除了上述常用的一些X射线衍射分析方法外,还有点阵常数测定、结构测定、单晶定向等分析方法，在研究热处理、相变、加工形变等对金属材料组织和性能的影响方面具有重要的作用。

表1.三种品牌X射线衍射仪对比表

说明：

1.衍射仪对于主机本身（关键部分X射线光管、测角仪）没有太大的差异，各家同质化现象普遍，各家的差异主要体现在探测器和附件。

2.对于软件数据处理功能，尽量配备完善，提高物相鉴定的准确度，进行数据处理更方便和更快捷。