X射线衍射仪的测量原理

X射线衍射作为研究材料的物相、晶体的结构类型和晶体学数据的重要方法之一，被广泛地应用在物质的结构分析之中。如图1-2所示，给出了X射线衍射仪的原理示意图。

其基本原理为：将一束电子在高压下加速，使其轰击一金属靶(如Cu靶)。高能电子使靶中原子的内壳层电子(如K电子)激发，处在外轨道上的电子便会跃迁到该轨道上，同时辐射出特征X射线。经滤波之后的X射线照射在样品上，当X射线波长和样品的晶格间距相近时便会发生衍射。根据Bragg定律，当X射线波长l、入射角q和晶面间距d需要满足下面这个相干条件：

此时，反射束便会出现干涉极大，也就决定了衍射峰的峰位。考虑到不同原子的散射因子不同，不同的晶体结构具有不同的结构因子，这些因子又决定了衍射峰的强度。

图1-2 X射线衍射仪工作原理

我们采用的是日本理学D/max－2500型X射线衍射仪，所用辐射为Cu的辐射，衍射仪使用一台工作站自动控制，可方便地进行相成分分析。

根据X-Ray衍射谱，我们可以对照X-Ray衍射粉末衍射标准卡片进行相分析，可以得到材料的物相组成、晶格类型、晶格常数及晶粒取向等方面的结构信息。

衍射仪的主要应用有三个方面：物相分析、衍射指标化、晶粒大小的测定。物相分析包括定性分析和定量分析，定性是利用样品的衍射角和衍射强度值与JCPDS卡片对照，得到样品中含有何种物质；定量分析可知样品中各物相的含量；指标化是利用样品衍射图确定晶面指数hkl的值，指标化结果可以用于识别晶系和晶胞点阵型式。利用谢乐公式

可以计算晶粒大小。如果晶体样品是无限大的单晶，根据衍射公式得到的衍射线是一条很细谱线。但实际多晶样品是由一些非常细小的单晶聚集而成的。一般用平均粒度来表征晶粒的大小，它是指内部为有序排列的小单晶在某一晶面法线方向的平均厚度。谢乐公式中的Dhkl是垂直于晶面（hkl）方向的平均厚度，分子上的K为与晶体形状有关的常数，通常取值为0.89，为X射线波长，指衍射线实测宽化，指仪器宽化，指衍射角。