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X射线分析在材料中的应用
摘要：本文论述了X射线的发现、发展、X射线在各个领域中的作用以及X射线衍射不同作用。
关键词：X射线；X射线衍射；荧光分析；X射线的作用；材料
X-Radial’sapplicathioninmaterialscience
Abstract:ThisarticleelaboratedXbeamdiscovery,thedevelopment,XbeamineachdomainfunctionaswellasXbeamdiffractiondifferentfunction.
Keywords:X-Radial’s；Fast-solidification；Peritecticreaction；Highmagneticfield
前言
自从德国人W.C.伦琴于1895年发现X射线发现到现在X射线得到了长足的进展，迅速在材料领域中得到了广泛的应用，很多研究X射线的科学家获得诺贝尔奖，X射线。
1.X射线的发现
利用X射线与物质间的交互作用来分析物质的结构、组织和成分的一种材料物理实验，X射线是德国人W.C.伦琴于1895年发现的，1901年12月10日，第一届诺贝尔物理学奖被授予德国物理学家伦琴，以表彰他发现了X射线(后人又称之为“伦琴射线”)。当时，科学家发现，如果在一根玻璃管的两端密封上正负两个电极，并加上高电压。当玻璃管中的空气被抽空时，正极那一头的玻璃管壁上会发出漂亮的光辉。当时认为，是阴极发射的“阴极射线”(后来被证实是电子流)打到玻璃管壁上，使它发出光辉来。于是，将这种抽真空的管子称为“阴极射线管”。1895年11月初的一个晚上，伦琴为了防止外界对阴极射线的影响，同时也不让阴极射线与可见光线漏出管外，他用黑纸把放电管保得严严实实，实验室也用窗帘密封成暗室。就在这黑暗的环境中做实验时，伦琴意外地发现1米以外的荧光屏竟发出了微弱的荧光，这一现象使他十分惊奇。因为当时已查明阴极射线在空气中只能穿过几厘米，而现在即使把荧光屏移到2米开外，它仍能发出荧光。很显然，这阴极射线管发射出的除了阴极射线外，还有别的东西[1]。
伦琴的发现轰动了欧美，伦琴确信他已经发现了一种新的射线，由于对这一射线的性质一无所知，所以他用数学中称未知数的办法，把它称为“X射线”。它是一种肉眼不可见的射线，但能使感光材料感光和荧光物质发光；具有较强的穿透物质的本领；能使气体电离；与可见光一样，它是沿直线传播的，在电磁场中不发生偏转。由于当时对其本质不甚了解,因此称之为X射线。后人为了纪念其发现者，也称为伦琴射线。
1912年，德国人M.von劳厄等通过实验证实，X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了它是一种波长很短的电磁波，从而奠定了X射线衍射学的基础。1912～1913年英国人布喇格父子在进行大量的晶体结构分析的基础上阐明，可以将晶体的衍射现象看作是晶体某些晶面的“镜面反射”的结果。当这些晶面与X射线入射方向所形成的角度θ、该组晶面的晶面间距d和入射线的波长λ之间符合2dsinθ＝nλ条件时才能产生反射。式中n为任意正整数，称为衍射级数。这一方程称为布喇格定律（图1）[2]。

2.X射线衍射分析在材料中的应用
建立在X射线与晶体物质相遇时能发生衍射现象的基础上的一种分析方法。应用这种方法可进行物相定性分析和定量分析、宏观和微观应力分析。
2.1物相定性分析
每种晶体物相都有一定的衍射花样，故可根据不同的衍射花样鉴别出相应的物相类别。由于这种方法能确定被测物相的组成，在机械工程材料特别是金属材料的研究中应用较广。
2.2物相定量分析
每一物相的任一衍射线条的积分强度与该相在混合物中的体积分数有一定的数量关系，因此可根据谱线的积分强度求出各物相的定量组成。例如淬火钢中残余奥氏体含量的多少会显著影响钢的机械性能和加工工艺性能，用物相定量分析方法可合理控制和精确测定某些产品（诸如轴承、齿轮、切削刀具等）中的残余奥氏体量[3]。
2.3宏观应力分析
当晶体材料中存在着宏观残余应力时就会导致衍射峰的位移，根据位移的大小可求出宏观残余应力的数值。残余应力的大小和分布直接影响零部件的疲劳强度、静强度、抗应力腐蚀性能和尺寸稳定性等,因此常通过X射线宏观应力分析来检查焊接、热处理和表面强化处理等工艺的效果，以及控制切削、磨削等表面加工质量。
2.4晶粒大小和微观应力分析
晶粒细化和微观应力的存在会使衍射峰宽化。可根据其宽化程度和线型求出金属材料或零部件中晶粒大小和微观应力数值，用以研究材料的机械性能、塑性变形特性、合金强化等问题。
除了上述常用的一些X射线衍射分析方法外,还有点阵常数测定、结构测定、单晶定向等分析方法，在研究热处理、相变、加工形变等对金属材料组织和性能的影响方面具有重要的作用。
3.X射线荧光分析
当用适当波长的X射线