دستگاه پراش‌سنج اشعه ایکس (پراش اشعه ایکس (XRD))ابزاری کلیدی برای تجزیه و تحلیل ساختار کریستالی مواد است. اصل اصلی آن بر اساس پراکندگی همدوس ددد اشعه ایکس توسط اتم‌های کریستال است. دددد با اندازه‌گیری زاویه پراش (زاویه بین جهت‌های پرتو ایکس فرودی و پراش یافته) و تجزیه و تحلیل الگوی پراش همراه با قانون براگ، می‌تواند اطلاعات ساختاری کلیدی مانند نوع کریستال، فاصله بین صفحه‌ای و ثابت‌های شبکه را به طور دقیق رمزگشایی کند. این امر مبنایی عینی برای شناسایی ترکیب مواد و تجزیه و تحلیل فاز فراهم می‌کند.

I. اصل اساسی: ارتباط بنیادی بین زاویه پراش و ساختار کریستالی

نقش پل‌زننده قانون براگ: هنگامی که پرتوهای ایکس به یک کریستال برخورد می‌کنند، اتم‌های مرتب شده به صورت دوره‌ای، پرتوهای ایکس را پراکنده می‌کنند. سیگنال پراش زمانی تولید می‌شود که امواج پراکنده شده از صفحات کریستالی مجاور (صفحات موازی تشکیل شده توسط چیدمان اتمی) شرط تداخل سازنده ددد را برآورده کنند.ددد این شرط به صورت کمی توسط معادله براگ توصیف می‌شود: 2d·گناهمن= نل(که در آن *d* فاصله بین صفحه‌ای است،مننصف زاویه پراش، *n* مرتبه پراش ولطول موج پرتو ایکس است). در این معادله، طول موج پرتو ایکسلشناخته شده است (مثلاًل= 1.54 Å برای یک هدف مسی). با اندازه‌گیری زاویه پراش 2من، فاصله بین صفحه‌ای *d* را می‌توان محاسبه کرد. این فاصله *d* به عنوان یک اثر انگشت مشخصه دددددد از ساختار بلوری عمل می‌کند.—آرایش‌های اتمی متفاوت در بلورهای مختلف منجر به مقادیر *d* متمایز و زوایای پراش متناظر می‌شوند.

اهمیت ساختاری زاویه پراش: زاویه پراش مستقیماً اندازه فاصله بین صفحات را نشان می‌دهد. *d* کوچکتر منجر به گناه بزرگتر می‌شود.منو بنابراین زاویه پراش بزرگتر 2من(مثلاً، صفحات کریستالی با چگالی اتمی بالا معمولاً *d* کوچکتر و زوایای بزرگتری دارند). برعکس، *d* بزرگتر منجر به زاویه پراش کوچکتری می‌شود. به عنوان مثال، برای آلومینیوم مکعبی با وجوه مرکزپر، صفحه (111) آن دارای فاصله *d* تقریباً 2.338 آنگستروم است که مربوط به زاویه پراش 2 است.منحدود ۳۸.۴درجهدر حالی که برای آهن مکعبی مرکزپر، صفحه (110) آن دارای فاصله d* حدود 2.027 آنگستروم است که معادل 2 است.θ ≈۴۴.۷درجهتفاوت در زوایای پراش امکان تمایز سریع بین انواع ساختار بلوری را فراهم می‌کند.

دوم. فرآیند رمزگشایی: از داده‌های زاویه پراش تا اطلاعات ساختاری

شناسایی فاز: تطبیق اثر انگشت زاویه پراش ددد: هر فاز کریستالی یک زاویه پراش منحصر به فرد دددد - الگوی شدت نسبی ددد (یعنی یک کارت پی دی اف استاندارد) دارد. در طول آزمایش پراش اشعه ایکس (XRD)، دستگاه طیف وسیعی از زوایای پراش را اسکن می‌کند.من(معمولاً ۵درجهتا ۹۰درجه) و شدت پیک پراش را در هر زاویه ثبت می‌کند. 2 اندازه‌گیری شدهمنمقادیر پیک‌ها با کارت‌های پی دی اف استاندارد مقایسه می‌شوند. اگر زوایای پراش در یک انحراف مشخص مطابقت داشته باشند (مثلاً،≤۰.۲درجه) و نسبت‌های شدت پیک سازگار باشند، وجود آن فاز در ماده تأیید می‌شود. برای مثال، در یک ماده آلیاژی، اگر الگوی اندازه‌گیری شده پیک‌های پراش را در 2 نشان دهدمن= ۴۳.۳درجه، ۵۰.۴درجهو ۷۴.۱درجهکه با کارت پی دی اف استاندارد برای مس مطابقت دارد، وجود فاز مس را تأیید می‌کند.

محاسبه ثابت شبکه: تعیین دقیق ابعاد کریستال: ثابت شبکه (مثلاً *a* برای یک کریستال مکعبی) یک پارامتر کلیدی است که تناوب آرایش اتمی را توصیف می‌کند و می‌توان آن را از زاویه پراش و شاخص‌های میلر (اچ کی ال) محاسبه کرد. برای یک کریستال مکعبی، رابطه بین فاصله بین صفحه‌ای *d* و ثابت شبکه *a* به صورت زیر است: d = a /√(ح²+ ک²+ ل²). ترکیب این با قانون براگ نتیجه می‌دهد: a = nλ √(ح²+ ک²+ ل²) / (2 گناهمن). با اندازه‌گیریمنمقدار برای پیک‌های پراش با زاویه بالا (مثلاً ۲منهیس ۶۰درجهبرای کاهش خطای اندازه‌گیری) و با جایگزینی شاخص‌های میلر شناخته شده (مثلاً برای صفحات (200) یا (220)، ثابت شبکه *a* را می‌توان محاسبه کرد. این به شناسایی اعوجاج‌های شبکه (مثلاً تغییرات در *a* به دلیل تنش اعمال شده، که باعث تغییر در زاویه پراش می‌شود) کمک می‌کند.

اندازه کریستالیت و تحلیل تنش: تغییرات نامحسوس در زاویه پراش: وقتی دانه‌های ماده ریز می‌شوند، پیک‌های پراش پهن‌تر می‌شوند. با استفاده از فرمول شرر (ب= کل/ (D چونمن) ، کجابپهن‌شدگی پیک، D اندازه کریستالیت و K یک ثابت است)، همراه با زاویه پراشمنو پهنای پیکب، اندازه کریستالیت D را می‌توان محاسبه کرد. اگر تنش داخلی وجود داشته باشد، شبکه دچار تغییر شکل الاستیک می‌شود و باعث تغییر در فاصله بین صفحه‌ای *d* می‌شود که به نوبه خود منجر به تغییر در زاویه پراش می‌شود.—تنش کششی d افزایش و 2 کاهش می‌یابدمنتنش فشاری d کاهش می‌یابد و 2 افزایش می‌یابد.منبزرگی این تغییر زاویه‌ای امکان تجزیه و تحلیل کمی تنش داخلی را فراهم می‌کند.

سوم. مزایای فنی: تحلیل سازه‌ای دقیق و کارآمد

دستگاه پراش سنج پراش اشعه ایکس (XRD)ساختار مواد را از طریق آنالیز زاویه پراش و بدون آسیب رساندن به نمونه (آزمایش غیر مخرب) رمزگشایی می‌کند. این دستگاه وضوح بالایی ارائه می‌دهد (دقت زاویه پراش تا ...)±۰.۰۰۱درجه) و می‌تواند فازهای کمیاب موجود در سطوح پایین تا ۱٪ را شناسایی کند. فرآیند آزمایش سریع است (یک اسکن واحد معمولاً حدود ۱۰ تا ۳۰ دقیقه طول می‌کشد) و می‌تواند همزمان اطلاعات ساختاری چند بعدی از جمله ترکیب فاز، ثابت‌های شبکه و اندازه کریستالیت را ارائه دهد. این روش به طور گسترده در تجزیه و تحلیل ساختاری در زمینه‌هایی مانند مواد فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و مواد معدنی استفاده می‌شود و پشتیبانی از داده‌های اصلی را برای تحقیق و توسعه مواد و کنترل کیفیت فراهم می‌کند.