X 射線衍射技術主要應用：樣品的物相定性或定量分析，晶體結構分析，材料的織構分析， 宏觀應力或微觀應力的測定，晶粒大小測定，結晶度測定等。

一、物相分析

根據晶體對 X 射線的衍射特征－衍射線的位置、強度及數量來鑒定結晶物質之物相的方法， 就是 X 射線物相分析法。一張衍射圖譜上衍射線的位置(方向)僅和原子排列周期性有關；衍射線的強度則取決 于原子種類、含量、相對位置等性質；衍射線的位置和強度就完整地反映了晶體結構的二個特征，從而成為辨別物相的 依據。

1、定性分析方法

(1)圖譜直接對比法：直接比較待測樣品和已知物相的譜圖，該法可直觀簡單的對物相進行 鑒定，但相互比較的譜圖應在相同的實驗條件下獲取，該法比較適合于常見相及可推測相的 分析。

(2)數據對比法：將實測數據(2θ、d、I/I1)與標準衍射數據比較，可對物相進行鑒定。

(3)計算機自動檢索鑒定法：建立標準物相衍射數據的數據庫(PDF 卡片)，將樣品的實測數 據輸入計算機，由計算機按相應的程序進行檢索，但這種方法還在不斷地完善。

2、定量分析方法

每種物相的衍射線強度隨其相含量的增加而提高，由強度值的計算可確定物相的含量。定量分析可用來確定混合物中某一化合物的含量。 對于多相樣品，當通過定性相分析確定了樣品中所存在的物相后，就需要更深入的了解各相 的相對百分含量。

目前定量方法有：外標法、內標法、標準加入法、RIR 值法，其中 RIR 值 法最為簡單方便。

RIR 法定量是利用各種純物質與α三氧化二鋁按照重量比 1:1 混合，測試二者強度的比值 K， 制作成一個數據庫，在日常多組分混合物定量分析時，將 K 值引入利用計算機擬合計算各物 相組分含量。 需要說明的是此定量結果為半定量，當然在具體樣品分析時，可以將 ICP-OES、碳硫氧氮等 元素分析方法結合起來，提高定量準確性。

若樣品又含有有機物，也可將 FTIR、TGA、GC-MS 結合起來進行定量分析。

測試樣品：未知化合物成分分析、某化合物中不同物相定量分析（如二氧化鈦中的銳鈦礦物 相和金紅石物相含量）、輔助失效分析、輔助礦物分析、輔助高分子材料定量分析。

二、精密測定點陣參數

點陣常數是晶體物質的基本結構參數。點陣常數的測定是通過 X 射線衍射線的位置（θ）的 測定而獲得的。

確定點陣參數的主要方法是多晶 X 射線衍射法。 X 射線衍射法測定點陣參數是利用精確測得的晶體衍射線峰位 2θ角數據，然后根據布拉格 定律和點陣參數與晶面間距 d 值之間的關系式計算點陣參數的值。

點陣參數精確測定的應用：可用于研究物質的熱膨脹系數、固溶體類型及含量、固相溶解度 曲線、宏觀應力、化學熱處理層的分析、過飽和固溶體分解過程等。

三、宏觀應力的測定

宏觀應力的存在使部件內部的晶面間距發生改變,所以可以借助 X 射線衍射方法來測定材料 部件中的應力。按照布拉格定律可知：在一定波長輻射發生衍射的條件下，晶面間距的變化導致衍射角的變 化，測定衍射角的變化即可算出宏觀應變，因而可進一步計算得到應力大小。

X 射線衍射法來測定試樣中宏觀應力的優點:

(1)可以測量試樣上小面積和極薄層內的宏觀應力,如果與剝層方法相結合,還可測量宏觀應 力在不同深度上的梯度變化;

(2)不用破壞試樣即可測量;

(3)測量結果可靠性高；

四、晶粒尺寸大小的測定

材料中晶粒尺寸小于 10nm 時，將導致多晶衍射實驗的衍射峰顯著增寬。故根據衍射峰的增 寬可以測定其晶粒尺寸。

在不考慮晶體點陣畸變的影響條件下，無應力微晶尺寸可以由謝樂(Scherrer)公式計算 ：

D：晶粒尺寸（nm） ：

衍射角 ：衍射峰的半高寬，在計算的過程中，需轉化為弧度（rad） ：單色入射 X 射線波長 K ：為 Scherrer 常數 當 B 為峰的半高寬時 k=0.89 當 B 為峰的積分寬度時 k=0.94

五、取向分析

測定單晶取向和多晶的結構（擇優取向）。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、滑移面的轉動等，也與取向的測定有關。 擇優取向度 F 參數的計算： 以計算一般的晶面如(hk1)的 F 因子為例，需計算出與該晶面方向平行的所有晶面的強度之 和。

式中， I 和 I*分別表示無規則和有織構時樣品任一晶面（hkl）衍射強度值。

六、結晶度的測定

結晶性高聚物中晶體部分所占的百分比叫做結晶度。是一種重要的工藝指標。低分子晶體， 由于完-全結晶，沒有結晶度問題。高分子晶體，由于長的鏈狀結構不易完-全整規排列，往往 導致非完-全結晶。 兩態分明體系的衍射圖由兩部分簡單疊加而成。

一部分是晶態產生的衍射峰，另一部分非晶 態產生的彌散隆峰。理論上推導得出如下質量的結晶度公式：

式中: Xc——質量結晶度；

Ic——晶體部分的衍射強度；

Ia——非晶體部分的衍射強度；

k ——單位質量非結晶態與單位質量晶態的相對衍射線系數，稱總校正因子，理論上 k ≈ 1。

通過軟件計算的結晶度為相對結晶度，主要是針對晶態和非晶態差別明顯的衍射圖進行分 析。

常見四種結晶狀態的 XRD 圖譜：

（a）結晶完整的晶體，晶粒較大，內部原子的排列比較規則，衍射譜線強、尖銳且對稱；

（b）非晶樣品沒有衍射峰；

（c）結晶不完整的晶體，由于晶粒過于細小，晶體中有缺陷而使衍射峰形寬闊而彌散；

（d）結晶度越差，衍射能力越弱，峰形越寬。

七、XRD 其他方面的應用

*對晶體結構不完整性的研究

包括對層錯、位錯、原子靜態或動態地偏離平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究。

*結構分析

對新發現的合金相進行測定，確定點陣類型、點陣參數、對稱性、原子位置等晶體學數據。

*液態金屬和非晶態金屬

研究非晶態、液態金屬結構，如測定近程序參量、配位數等。

*合金相變

包括脫溶、有序無序轉變、母相新相的晶體學關系等。

*特殊狀態下的分析

在高溫、低溫和瞬時的動態分析。

*此外，小角度散射用于研究電子濃度不均勻區的形狀和大小；X 射線形貌術用于研究近完 整晶體中的缺陷如位錯線等。