粘土礦物混層X(jué)射線(xiàn)衍射圖的理論計(jì)算與應(yīng)用

粘土礦物混層鑒定主要依據(jù)與已有衍射圖或NewMod軟件計(jì)算衍射圖及其數(shù)據(jù)對(duì)比進(jìn)行。目前僅美、俄和法國(guó)學(xué)者完成了粘土礦物混層的理論計(jì)算（都未公開(kāi)核心算法）。美國(guó)學(xué)者Reynolds歷經(jīng)30年的努力在美國(guó)科學(xué)基金的資助下于1985年最先完成混層的理論計(jì)算并編輯了NewMod軟件而據(jù)領(lǐng)先地位。其他學(xué)者可購(gòu)買(mǎi)NewMod或使用已有數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。本申請(qǐng)根據(jù)衍射圖由d值和強(qiáng)度二要素構(gòu)成原理，從粘土礦物混層衍射角與衍射強(qiáng)度受層結(jié)構(gòu)、角度極化和干擾諸因子影響的定量關(guān)系式及申請(qǐng)者提出的測(cè)量條件與衍射峰形態(tài)的關(guān)系出發(fā)，擬完成具有實(shí)驗(yàn)波動(dòng)曲線(xiàn)的粘土礦物混層衍射圖的理論計(jì)算，使計(jì)算的混層衍射圖可與實(shí)驗(yàn)衍射圖直接對(duì)比，克服NewMod的這一缺點(diǎn)，并通過(guò)與各種已有和采集的混層樣品在各種實(shí)驗(yàn)條件下所測(cè)試衍射圖的對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證，由此達(dá)到計(jì)算具有實(shí)驗(yàn)條件的粘土礦物混層衍射圖并用于粘土礦物混層鑒定的目的。趕超世界先進(jìn)水平。

X 射線(xiàn)衍射技術(shù)已經(jīng)成為最基本、最重要的一種結(jié)構(gòu)測(cè)試手段，其主要應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

X射線(xiàn)衍射物相分析

物相分析是X射線(xiàn)衍射在金屬中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把對(duì)材料測(cè)得的點(diǎn)陣平面間距及衍射強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)物相的衍射數(shù)據(jù)相比較，確定材料中存在的物相；后者則根據(jù)衍射花樣的強(qiáng)度，確定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的關(guān)系和檢查材料的成分配比及隨后的處理規(guī)程是否合理等方面都得到廣泛應(yīng)用。

X射線(xiàn)衍射結(jié)晶度的測(cè)定

結(jié)晶度定義為結(jié)晶部分重量與總的試樣重量之比的百分?jǐn)?shù)。非晶態(tài)合金應(yīng)用非常廣泛，如軟磁材料等，而結(jié)晶度直接影響材料的性能，因此結(jié)晶度的測(cè)定就顯得尤為重要了。測(cè)定結(jié)晶度的方法很多，但不論哪種方法都是根據(jù)結(jié)晶相的衍射圖譜面積與非晶相圖譜面積決定。

X射線(xiàn)衍射精密測(cè)定點(diǎn)陣參數(shù)

精密測(cè)定點(diǎn)陣參數(shù) 常用于相圖的固態(tài)溶解度曲線(xiàn)的測(cè)定。溶解度的變化往往引起點(diǎn)陣常數(shù)的變化；當(dāng)達(dá)到溶解限后，溶質(zhì)的繼續(xù)增加引起新相的析出，不再引起點(diǎn)陣常數(shù)的變化。這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為溶解限。另外點(diǎn)陣常數(shù)的精密測(cè)定可得到單位晶胞原子數(shù)，從而確定固溶體類(lèi)型；還可以計(jì)算出密度、膨脹系數(shù)等有用的物理常數(shù)。

X射線(xiàn)衍射X射線(xiàn)衍射儀

基本構(gòu)成

（1） 高穩(wěn)定度X射線(xiàn)源　提供測(cè)量所需的X射線(xiàn), 改變X射線(xiàn)管陽(yáng)極靶材質(zhì)可改變X射線(xiàn)的波長(zhǎng), 調(diào)節(jié)陽(yáng)極電壓可控制X射線(xiàn)源的強(qiáng)度。

（2） 樣品及樣品位置取向的調(diào)整機(jī)構(gòu)系統(tǒng)　樣品須是單晶、粉末、多晶或微晶的固體塊。

（3） 射線(xiàn)檢測(cè)器　檢測(cè)衍射強(qiáng)度或同時(shí)檢測(cè)衍射方向, 通過(guò)儀器測(cè)量記錄系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)可以得到多晶衍射圖譜數(shù)據(jù)。

（4） 衍射圖的處理分析系統(tǒng)　現(xiàn)代X射線(xiàn)衍射儀都附帶安裝有專(zhuān)用衍射圖處理分析軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 它們的特點(diǎn)是自動(dòng)化和智能化。

當(dāng)一束單色X射線(xiàn)入射到晶體時(shí)，由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線(xiàn)波長(zhǎng)有相同數(shù)量級(jí)，故由不同原子散射的X射線(xiàn)相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線(xiàn)衍射，衍射線(xiàn)在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這就是X射線(xiàn)衍射的基本原理。

X射線(xiàn)衍射布拉格方程

1913年英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在勞厄發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)，不僅成功地測(cè)定了NaCl、KCl等的晶體結(jié)構(gòu),并提出了作為晶體衍射基礎(chǔ)的著名公式──布拉格方程：2dsinθ=nλ

式中d為晶面間距；n為反射級(jí)數(shù)；θ為掠射角；λ為X射線(xiàn)的波長(zhǎng)。布拉格方程是X射線(xiàn)衍射分析的根本依據(jù)。

X射線(xiàn)衍射運(yùn)動(dòng)學(xué)衍射理論

Darwin的理論稱(chēng)為X射線(xiàn)衍射運(yùn)動(dòng)學(xué)理論。該理論把衍射現(xiàn)象作為三維Frannhofer衍射問(wèn)題來(lái)處理，認(rèn)為晶體的每個(gè)體積元的散射與其它體積元的散射無(wú)關(guān)，而且散射線(xiàn)通過(guò)晶體時(shí)不會(huì)再被散射。雖然這樣處理可以得出足夠精確的衍射方向，也能得出衍射強(qiáng)度，但運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的根本性假設(shè)并不完全合理。因?yàn)樯⑸渚€(xiàn)在晶體內(nèi)一定會(huì)被再次散射，除了與原射線(xiàn)相結(jié)合外，散射線(xiàn)之間也能相互結(jié)合。Darwin不久以后就認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)，并在他的理論中作出了多重散射修正。

X射線(xiàn)衍射動(dòng)力學(xué)衍射理論

Ewald的理論稱(chēng)為動(dòng)力學(xué)理論。該理論考慮到了晶體內(nèi)所有波的相互作用，認(rèn)為入射線(xiàn)與衍射線(xiàn)在晶體內(nèi)相干地結(jié)合，而且能來(lái)回地交換能量。兩種理論對(duì)細(xì)小的晶體粉末得到的強(qiáng)度公式相同，而對(duì)大塊完整的晶體，則必須采用動(dòng)力學(xué)理論才能得出正確的結(jié)果。