X射线技术及其应用.docx

X射线衍射技术及其应用摘要:1895年,德国物理学家伦琴发现X射线后,由于许多X射线工作者的努力,对其产生性质和理论已研究得相当透彻,并在许多领域获得广泛应用。X-射线衍射分析技术是一种十分有效的材料分析方法,在众多领域的研究和生产中被广泛应用。介绍了X射线衍射的基本原理,从物相鉴定、点阵参数测定、微观应力测定、晶体衍射理论及应用等几方面概述了X射线衍射技术在材料分析中的应用进展。关键词:X射线,原理,衍射,材料分析,应用引言任何物质均由原子、离子或分子所组成。晶体有别于非晶物质,它的内部所含原子、离子或分子具有严格的三维有规则的周期性排列。可以从晶体中取出一个基本单元,称之为晶胞。晶体的周期性结构使晶体能对X射线、中子流、电子流等产生衍射效应,形成X射线衍射法、中子流衍射法和电子衍射法,这些衍射法能获得有关晶体结构可靠而精确的数据,其中最重要的是X—射线衍射法。1912年劳厄首先发现X射线可以被晶体衍射,开创了晶体结构分析的X射线衍射法此后不久,英国物理学家布拉格父子在劳厄实验的基础上,导出了一个比较直观的X射线衍射方程式,从而为X射线衍射理论和技术的发展奠定了坚实的基础。当某物质(晶体或非晶体)进行衍射分析时,该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象,物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型、构象等决定该物质产生特有的衍射图谱。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。因此,X射线衍射分析法作为材料结构和成分分析的一种现代科学方法,已逐步在各学科研究和生产中广泛应用。X射线产生及衍射原理X射线产生原理如图1所示,X射线产生的基本原理是以由阴极发射并在管电压作用下向靶材(阳极)高速运动的电子流为激发源,致靶材发射辐射,该辐射即为X射线。X射线产生的三个基本条件:1产生电子2电子的高速运动3有障碍物使其突然减速图1X射线产生原理X射线衍射基本原理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,因而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原子相干散射波叠加(合成)的结果。X射线同无线电波、可见光、紫外线等一样,本质上都属于电磁波,只是彼此之间占据不同的波长范围而已。X射线的波长较短,大约在10-8~10-10cm之间。X射线分析仪器上通常使用的X射线源是X射线管,这是一种装有阴阳极的真空封闭管,在管子两极间加上高电压,阴极就会发射出高速电子流撞击金属阳极靶,从而产生X射线。当X射线照射到晶体物质上,由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成,这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级,故由不同原子散射的X射线相互干涉,在某些特殊方向上产生强X射线衍射,衍射线在空间分布的方位和强度,与晶体结构密切相关,不同的晶体物质具有自己独特的衍射花样,这就是X射线衍射的基本原理。X射线与物质的作用X射线与物质的相互作用,是一个比较复杂的物理过程。一束X射线通过物体后,其强度将被衰减,它是被散射和吸收的结果,并且吸收是造成强度衰减的主要原因。X射线衍射理论能将晶体结构与衍射花样有机地联系起来,它包括衍射线束的方向、强度和形状。衍射线束的方向由晶胞的形状大小决定,衍射线束的强度由晶胞中原子的位置和种类决定,衍射线束的形状大小与晶体的形状大小相关。X射线在材料分析中的应用材料分析材料分析是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或特征信息)的检测实现的。采用各种不同的测量信号(相应地具有与材料的不同特征关系)形成了各种不同的材料分析方法。基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质建立的各种分析方法已成为材料现代分析方法的重要组成部分,大体可分为光谱分析、电子能分析、衍射分析与电子显微分析4大类方法。X射线衍射分析X射线照射晶体,晶体中电子受迫振动产生了晶体的衍射波。衍射方向(衍射线在空间分布的方位),由它的衍射图谱可进行如下基本分析:①固体有哪些物质组成(物相定性分析);②固体中各物相含量组成(物相定量分析);③有多大量的物质是结晶态(结晶度);④固体中多大应力(残余应力分析);⑤构成固体的晶粒大小及分布(晶粒分析);⑥构成固体的晶粒取向(组织结构分析)。X射线衍射在材料分析中的应用X射线衍射分析方法在材料分析与研究工作中具有广泛的用途。)物相分析物相分析是指确定材料由哪些相组成和确定各组成相的含量。物相是决定或影响材料性能的重要因素,因而物相分析在材料、冶金、机械等行业中得到广泛应用,物相分析有定性分析和定量