本书为工业和信息化部“十四五”规划教材，主要介绍晶体学基础与X射线在材料结构、形貌和成分方面的分析技术。其中，结构分析技术包括X射线的物理基础、衍射原理、物相分析、织构分析、小角散射与掠入射衍射分析、位错分析、层错分析、非晶分析、单晶体衍射与取向分析、内应力分析、点阵常数的测量与热处理分析等；形貌分析技术即三维X射线显微成像分析；成分分析技术包括特征X射线能谱、X射线光电子能谱及X射线荧光光谱等。书中研究和测试的材料主要包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料、非晶态材料、金属间化合物、复合材料等。本书对每章内容做了提纲式的小结，并附有适量的思考题。书中采用一些作者尚未发表的图，同时在实例分析中引入一些当前材料领域最新的研究成果。
样章试读
目录
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前言
第1章 晶体学基础 1
1.1 晶体及其基本性质 1
1.1.1 晶体的概念 1
1.1.2 空间点阵的四要素 1
1.1.3 布拉维阵胞 2
1.2 晶向、晶面及晶带 4
1.2.1 晶向及其表征 4
1.2.2 晶面及其表征 5
1.2.3 晶带及其表征 6
1.3 晶体的投影 6
1.3.1 球面投影与极射赤面投影 7
1.3.2 极式网与乌氏网 9
1.3.3 晶带的极射赤面投影 11
1.3.4 标准极射赤面投影图 13
1.4 正点阵与倒易点阵 14
1.4.1 正点阵 14
1.4.2 倒易点阵 14
1.4.3 正倒空间之间的关系 16
1.4.4 倒易矢量的基本性质 17
1.4.5 晶带定律 18
1.4.6 广义晶带定律 19
本章小结 20
思考题 21
第2章 X射线的物理基础 23
2.1 X射线的性质 23
2.1.1 X射线的产生 23
2.1.2 X射线的本质 24
2.2 X射线谱 26
2.2.1 X射线连续谱 26
2.2.2 X射线特征谱 28
2.3 X射线与物质的相互作用 31
2.3.1 X射线的散射 32
2.3.2 X射线的吸收 33
2.3.3 吸收限的作用 36
本章小结 38
思考题 38
第3章 X射线的衍射原理 40
3.1 X射线的衍射方向 40
3.1.1 劳厄方程 40
3.1.2 布拉格方程 41
3.1.3 布拉格方程的讨论 43
3.1.4 衍射矢量方程 46
3.1.5 布拉格方程的埃瓦尔德图解 47
3.1.6 布拉格方程的应用 48
3.1.7 常见的衍射方法 48
3.2 X射线的衍射强度 50
3.2.1 单电子对X射线的散射 50
3.2.2 单原子对X射线的散射 52
3.2.3 单胞对X射线的散射 54
3.2.4 单晶体的散射与干涉函数 60
3.2.5 单相多晶体的衍射强度 64
3.2.6 影响单相多晶体衍射强度的其他因子 65
本章小结 69
思考题 71
第4章 X射线的物相分析 73
4.1 X射线衍射仪 73
4.1.1 测角仪 73
4.1.2 计数器 75
4.1.3 计数电路 76
4.1.4 X射线衍射仪的常规测量 77
4.2 X射线物相分析原理 78
4.2.1 物相的定性分析 78
4.2.2 物相的定量分析 88
本章小结 93
思考题 93
第5章 晶粒尺寸与多晶体内应力的测量 95
5.1 晶粒尺寸的测量 95
5.1.1 晶粒细化的衍射效应 95
5.1.2 谢乐公式 95
5.2 多晶体内应力的测量 97
5.2.1 多晶体内应力的产生、分类及其衍射效应 97
5.2.2 多晶体宏观应力的测量原理 97
5.2.3 多晶体宏观应力的测量方法 100
5.2.4 多晶体宏观应力常数K的确定 104
5.2.5 多晶体微观应力的测量 105
5.3 Ka双线分离 106
5.3.1 Rachinger图解法 106
5.3.2 傅里叶级数变换法 108
5.4 衍射峰的线形分析 109
5.4.1 衍射线形的卷积合成 109
5.4.2 积分宽度的卷积关系 109
5.5 衍射峰物理宽化的测量 110
5.5.1 傅里叶变换法 110
5.5.2 近似函数法 112
5.6 微观应力宽度与晶粒细化宽度的分离 113
5.6.1 近似函数法 114
5.6.2 方差分解法 115
5.6.3 微观应力和晶粒尺寸的测量步骤 116
5.7 应用举例分析 117
5.7.1 合金元素对高熵合金衍射峰的影响 117
5.7.2 合金组元对高熵合金衍射峰的影响 120
本章小结 122
思考题 123
第6章 单晶体的结构、取向与宏观残余应力分析 125
6.1 单晶体的结构分析 125
6.1.1 四圆单晶衍射仪 125
6.1.2 面探测器单晶衍射仪 126
6.1.3 单晶结构的分析步骤 127
6.1.4 四圆单晶衍射仪的衍射几何 128
6.1.5 衍射几何转换矩阵 131
6.2 单晶体的取向分析 133
6.2.1 单晶体的取向表征 133
6.2.2 单晶体的取向测定 136
6.3 单晶体的宏观残余应力分析 140
6.3.1 测量方法 141
6.3.2 测量原理 141
6.4 应用举例分析 148
6.4.1 单晶铁的定向 148
6.4.2 单晶铁的应力测量 149
本章小结 150
思考题 151
第7章 织构分析 152
7.1 织构及其表征 152
7.1.1 织构与分类 152
7.1.2 织构的表征 152
7.2 丝织构的测定与分析 155
7.2.1 丝织构衍射花样的几何图解 155
7.2.2 丝织构指数的照相法确定 157
7.2.3 丝织构取向度的计算 157
7.2.4 丝织构指数的衍射法测定 157
7.3 板织构的测定与分析 159
7.3.1 极图测定与板织构分析 159
7.3.2 反极图测定与板织构分析 167
7.3.3 三维取向分布函数测定 169
本章小结 171
思考题 171
第8章 X射线小角散射与掠入射衍射分析 173
8.1 X射线小角散射 173
8.1.1 X射线小角散射的基本原理 173
8.1.2 X射线小角散射的体系 175
8.1.3 X射线小角散射的强度 175
8.1.4 X射线小角散射实验 186
8.1.5 X射线小角散射技术的特点 188
8.1.6 X射线小角散射技术的应用 188
8.2 掠入射X射线衍射分析 192
8.2.1 掠入射X射线衍射原理 192
8.2.2 掠入射X射线衍射的应用 194
本章小结 196
思考题 197
第9章 位错分析 198
9.1 对位错分析用X射线的基本要求 198
9.2 X射线线形分析法 199
9.2.1 衍射谱峰宽法 199
9.2.2 全谱拟合法 203
9.3 应用举例分析 204
本章小结 207
思考题 207
第10章 层错分析 208
10.1 层错的概述 208
10.1.1 层错的定义 208
10.1.2 层错能 208
10.1.3 层错的分类 209
10.1.4 扩展位错 210
10.1.5 层错概率 211
10.1.6 层错图像 211
10.2 不同晶体结构的层错概率 212
10.2.1 FCC结构 212
10.2.2 HCP结构 213
10.2.3 BCC结构 214
10.3 FCC结构中的层错能分析 215
10.4 层错概率的测定方法 217
10.4.1 峰位移法 218
10.4.2 峰宽化法 218
10.5 复合层错概率计算层错能 219
10.6 应用举例分析 220
本章小结 222
思考题 223
第11章 非晶分析 224
11.1 非晶态物质结构的主要特征 224
11.2 径向分布函数 224
11.2.1 单元径向分布函数 224
11.2.2 多元径向分布函数 229
11.2.3 径向分布函数的测定 230
11.3 非晶态物质的结构常数及其表征 234
11.4 非晶态物质的晶化 235
11.4.1 晶化过程 235
11.4.2 结晶度测定 236
11.5 应用举例分析 237
11.5.1 非晶合金中结构的弛豫分析 237
11.5.2 结晶度与晶粒尺寸分析 238
11.5.3 非晶晶化过程分析 240
本章小结 241
思考题 242
第12章 成像分析 243
12.1 X射线计算机断层成像原理 243
12.1.1 投影切片定理 243
12.1.2 滤波反投影 245
12.2 三维X射线显微镜的结构 246
12.2.1 工作原理 246
12.2.2 高分辨X射线显微镜的结构 248
12.3 三维X射线显微镜的应用 250
本章小结 251
思考题 252
第13章 成分分析 253
13.1 特征X射线能谱 253
13.1.1 分光系统 253
13.1.2 检测记录系统 255
13.1.3 X射线能谱仪 256
13.1.4 能谱仪与波谱仪的比较 257
13.1.5 X射线能谱分析及应用 257
13.2 X射线光电子能谱 259
13.2.1 工作原理 260
13.2.2 系统组成 260
13.2.3 X射线光电子能谱及表征 262
13.2.4 X射线光电子能谱仪的功用 264
13.2.5 X射线光电子能谱的应用 266
13.2.6 X射线光电子能谱的发展趋势 269
13.3 X射线荧光光谱 269
13.3.1 工作原理 269
13.3.2 系统组成 270
13.3.3 应用分析 271
本章小结 271
思考题 272
第14章 点阵常数的测量与热处理分析 273
14.1 点阵常数的测量 273
14.1.1 测量原理 273
14.1.2 误差源分析 273
14.1.3 测量方法 274
14.2 热处理分析 278
14.2.1 马氏体转变过程的X射线衍射分析 278
14.2.2 淬火温度与淬火速度对X射线衍射峰形的影响 280
14.2.3 淬火钢中残余奥氏体的测量 281
本章小结 284
思考题 285
参考文献 286
附录 288
附录1 常用物理常量 288
附录2 质量吸收系数?m 288
附录3 原子散射因子f 289
附录4 原子散射因子校正值?f 290
附录5 粉末法的多重因子Phkl 290
附录6 某些物质的特征温度? 291
附录7 德拜函数之值 291
附录8 应力测定常数 291
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