XRD Diffraktionsanalyser(Röntgendifferator) ist die Schlüsseleinrichtung zur Analyse der Materialkristallstruktur, dessen Kernprinzip auf der Grundlage der "kohärenten Streuung von Röntgenstrahlen und Kristallatomen" basiert. Durch die Messung des Diffraktionswinkels (d.h. der Zwischenwinkel der Röntgeneinstrahlungsrichtung und der Diffraktionsrichtung) kann die Prager Gleichung und die Analyse der Diffraktionskarte kombiniert werden, um die Kernstrukturinformationen des Materials zu entschlüsseln, wie Kristalltyp, Kristallflächenabstand, Gitterkonstante und andere, um eine objektive Grundlage für die Identifizierung der Materialzusammensetzung und die Phasenanalyse zu bieten.

　　1. Kernprinzip: Basis der Beziehung zwischen Diffraktionswinkel und Kristallstruktur

Brückenfunktion der Prager Gleichung: Wenn Röntgenstrahlen einen Kristall beaufschlagen, streuen sich periodisch angeordnete Atome in dem Kristall auf Röntgenstrahlen aus, und die Streuungswellen der benachbarten Kristalle (die parallelen Ebenen, die sich aus der Anordnung der Atome bilden), erzeugen ein Diffraktionssignal, wenn die Bedingung der "kohärenten Verstärkung" erfüllt ist. Diese Bedingung wird quantitativ durch die Prager Gleichung beschrieben: 2d·sinθ=nλ (d ist der Kristallabstand, θ die Hälfte des Diffraktionswinkels, n die Diffraktionsstufe und λ die Röntgenwellenlänge). In der Gleichung ist die Röntgenwellenlänge λ bekannt (z. B. Kupferziel-Röntgenstrahlen λ = 1,54Å), durch die Messung des Diffraktionswinkels 2θ kann der Kristallabstand d berechnet werden, während d der "charakteristische Fingerabdruck" der Kristallstruktur ist - verschiedene Kristalle haben eine andere Anordnung der Atome, und der entsprechende d-Wert ist auch sehr anders als der Diffraktionswinkel.

Strukturelle Charakteristik des Diffraktionswinkels: Der Diffraktionswinkel spiegelt die Größe des Kristallabstands direkt wider: je kleiner d, desto größer sinθ, desto größer ist der Diffraktionswinkel 2θ (z. B. der Kristall mit hoher Atomdichte d ist kleiner, der Diffraktionswinkel ist in der Regel größer); Je größer d ist, desto kleiner ist der Diffraktionswinkel. Beispielsweise Aluminium mit kubischer Struktur des Gesichtszentrums, dessen (111) Kristall einen d-Wert von etwa 2,338 Å hat, entsprechend dem Diffraktionswinkel 2θ von etwa 38,4°; Während die zentrale kubische Struktur des Eisens, der d-Wert der (110) Kristallfläche von etwa 2,027Å, entspricht der Diffraktionswinkel 2θ von etwa 44,7 °, kann durch die Diffraktionswinkeldifferenz der Kristallstruktur schnell unterschieden werden.

　　2. Dekodierungsprozess: Von Diffraktionswinkeldaten bis hin zu Strukturinformationen

Phasenerkennung: Übereinstimmung mit dem "Diffractionswinkel-Fingerabdruck": Jede Kristallphase verfügt über ein einzigartiges "Diffractionswinkel-relative Stärke"-Diagramm (d.h. eine Standard-PDF-Karte). Bei XRD-Tests scannt das Instrument verschiedene Diffraktionswinkel 2θ (normalerweise im Bereich von 5°-90°), um die Diffraktionsspitzenintensität des entsprechenden Winkels aufzunehmen; Vergleichen Sie den 2θ-Wert des Diffraktionsspitzes mit einer Standard-PDF-Karte, wenn die Diffraktionswinkelabweichung von ≤ 0,2 ° und das Spitzenverhältnis konsistent sind, können Sie feststellen, dass das Material die Phase enthält. Beispielsweise in Legierungsmaterialen, wenn das Testdiagramm bei 2θ = 43,3 °, 50,4 °, 74,1 ° Diffraktionsspitze auftritt, die mit der Standard-PDF-Karte von Kupfer übereinstimmen, zeigt das Vorhandensein einer Kupferphase im Material.

Berechnung der Gitterkonstante: Präzise Quantifizierung der Kristallgröße: Die Gitterkonstante (z. B. der a-Wert eines kubischen Kristalls) ist ein Schlüsselparameter, der die Periodizität der Anordnung von Kristallatomen beschreibt und durch den Diffraktionswinkel und den Kristallflächenindex (hkl) berechnet werden kann. Wenn man Kubikkristalle zum Beispiel nimmt, ist die Beziehung zwischen dem Kristallbereichsabstand d und der Gitterkonstante a d=a/√(h²+k²+l²), was in Kombination mit der Prager Gleichung a=nλ√(h²+k²+l²)/(2sinθ) ergibt. Durch die Messung des θ-Wertes des hohen Winkeldiffraktionsspitzes (z. B. 2θ > 60 °, reduzieren Sie den Messfehler) und ersetzen Sie den bekannten Kristallflächenindex (z. B. (200), (220) Kristall), kann die Gitterkonstante a berechnet werden und dann festgestellt werden, ob der Kristall eine Gitterverzerrung vorhanden ist (z. B. Veränderungen der Gitterkonstante nach der Kraft des Materials führen zu einer Diffraktionswinkelverschiebung).

Korngröße und Spannungsanalyse: Feine Veränderungen des Diffraktionswinkels: Wenn das Materialkorn verfeinert wird, erweitert sich der Diffraktionsgipfel, und durch die Zerre-Formel (β = Kλ / (Dcosθ), β ist der Spitzenverhöhnungsgrad, D ist die Korngröße), kann die Korngröße berechnet werden, indem der Diffraktionswinkel θ und die Spitzenbreite β kombiniert werden; Wenn das Material eine innere Spannung hat, wird das Gitter elastisch deformiert, was zu einer Veränderung des Kristallflächenabstands d führt und somit zu einer Diffraktionswinkelverschiebung führt - die Zugspannung erhöht d und der Diffraktionswinkel verringert; Die Druckspannung verringert d, vergrößert den Diffraktionswinkel und kann durch die Diffraktionswinkelverschiebung die innere Spannungsgröße quantitativ analysieren.

Technische Vorteile: Präzise und effiziente Strukturanalyse

Der xrd-Diffraktionsanalysator dekodiert die Materialstruktur durch den Diffraktionswinkel, ohne die Probe zu zerstören (kein invasiver Test), und die hohe Auflösung (Diffraktionswinkelgenauigkeit von bis zu ± 0,001 °) kann Spurphasen mit einem Gehalt von bis zu 1% erkennen; Der Testprozess ist schnell (ein einziger Scan dauert etwa 10-30 Minuten), kann mehrdimensionale Strukturinformationen wie die physische Phase, die Gitterkonstante, die Korngröße und andere synchron erfassen werden, die weit verbreitet in der Strukturanalyse von Metallmaterialien, Keramiken, Polymolekülen, Mineralien und anderen Bereichen verwendet werden, um die Kerndaten für Materialentwicklung und Qualitätskontrolle zu unterstützen.