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X光衍射技术 1895年W.C.伦琴研究阴极射线管时发现了X射线，1912年M.Von劳埃以晶体为光栅发现了晶体的X射线的衍射现象。X射线是一种电磁辐射，其波长比可见光短得多，介于紫外线与射线之间。X射线的波长范围一般为10～10?，即X光的频率约为可见光的10倍左右，X光子的能量要比可见光子的大得多，表现出了明显的粒子性。在微观结构中，原子和分子的距离（1～10 ?）正好在X射线的波长范围之内，波长介于原子、分子距离范围内的X射线对物质的散射和衍射能传递丰富的微观结构方面的信息，X射线衍射是研究物质微观结构的最主要的方法。 X射线衍射法广泛地应用于冶金、化工、材料等部门，并与物理、化学等研究领域有着十分密切关系，它测定点阵常数、晶胞大小，用于分析晶体结构等。它为研究物质的微观结构提供了新的方法。它可以分析单晶体，也可以分析几种单晶体的混合物，定性或定量地分别鉴定它们。 一 实验原理 （一）晶体学的基本知识： 1、 晶体点阵和晶胞 晶体分为三大类：晶体、准晶体和非晶体。原子在三维空间周期性的排列构成的固体是晶体。晶体点阵是晶体结构中等同点的排列阵式，为了表明点阵的排列方式，在点阵中画出许多小的平行六面体，使它的8个顶角各位于点阵中的一个点（简称阵点）上，这样的小平行六面体称为晶胞。整个点阵可以看作同一晶胞沿三个方向重复排列而成，晶胞的形状用它的三个相交边的边长a，b，c和它们的夹角=b,c，=c,a，=a,b来表示如（图2－12－1）所示，按照这些量的特点把各种晶体分为七个晶系。 立方晶系：a=b=c, ===90°； 四角晶系：a=b≠c, ===90°； 正交晶系：a≠b≠c，===90°； 六角晶系：a=b≠c，＝＝90°，＝120°； 三角晶系：a=b=c，==120°, ≠90°； 单斜晶系：a≠b≠c，＝＝90°, ≠90°；‘ 三斜晶系：a≠b≠c，≠≠≠90°。 应注意，对同一点阵，可以有不同的晶胞选择方式，为了从晶体点阵中取出唯一有代表性的晶胞，有以下原则：如晶胞的对称性要符合晶体的对称性，直角数量多，体积最小等。根据这些原则取出的晶胞，如果只在晶胞顶角上有一阵点，这相当于晶胞中只含有一个原子，称为单晶胞，如果除顶角外还有附加阵点，称为复晶胞，附加在晶胞中心的称为体心晶胞，在晶胞底面的晶胞称为底心晶胞，在晶胞各面上的称为面心晶胞，如（图2－12－2）所示。 2、 晶面、晶面指数和晶面距 X射线在晶体中散射时，处于同一平面上的原子（或分子）起着特殊的作用。不同在一直线上的三个阵点所决定的平面称为晶面。每个晶面上都有大量的排列规则的阵点，并且把任何一个晶面等距、平行地重复排列，就可以得出全部 图2－12－2 复晶胞图2－12－1 晶体点阵和晶胞 图2－12－2 复晶胞 图2－12－1 晶体点阵和晶胞 阵点。这些等距、平行的所有平面称为晶面族。因此可以说时一个点阵是由一个晶面族组成的。与晶胞相类似，在同一点阵中可以用不同的方式来确定晶面和晶面族，如（图2－12－3）所示。通常晶面用晶面指数或密勒（Miller）指数来表示。取晶胞的一个顶点为原点，以它的三个通过原点的边a，b，c为坐标轴。晶面族中必有一个晶面通过原点，设与晶面紧邻的另一晶面在三个坐标轴上的截点依次为a/l，b/k，c/l如(图2－12－7)所示。通常就按与a，b，c三边的相同顺序写成（hkl），用以表示这个晶面族，hkl必定是3个整数，即为晶面指数。在确定晶面指数时应注意下列 图2－12－3 几种不同的晶面图2－12－4 晶面指数和晶面间 图2－12－3 几种不同的晶面 图2－12－4 晶面指数和晶面间距 规则： 晶面与坐标轴平行时，对应与该坐标的指数为零，例如，与a轴平行的所有晶面族记作（0kl）； 紧邻原点的晶面与坐标轴相截于负方向时，对应于该坐标的指数取作负值，并将负号标在指数上方，如（）。 晶面指数不仅可以表示出晶面取向，还可以用来计算相邻晶面间的垂直距离－晶面间距。对于a，b，c相互垂直的正交晶系来说，由如（图2－12－4）所示可以看出晶面间距就是a/h或,b/k,或c/l在法线方向上的投影。设法线与a，b，c的夹角各为A，B，C，则晶面间距d与A，B，C由下列关系： (2－12－1) 由于a，b，c相互垂直，故有，所以 （2－12－2) 由上式可以计算出d。对于立方晶系，由于a= b =c，最后得 (2－12－3) 由此可知，当测出与（hkl）晶面相应得晶面距离d后，即可以求出这种立方晶体得点阵常数a。晶面间距与点阵参数有关公式如下： 立方晶系：； 四方晶系：； 3、 晶轴和晶带 当一组晶面共有一晶轴时，这些晶面称为晶带，这些晶面共有得晶轴