材质鉴定X射线衍射法（XRD）：物相与晶型判定项目说明

X射线衍射法（XRD）以晶体对X射线的衍射规律判定材料的物相组成与晶体学特征，每种结晶物相都对应一组特有的衍射峰位与强度，是物相定性、物相定量与晶型判定的核心方法。与仅给出元素组成的化学分析不同，XRD 直接回答材料中以何种化合物或晶型存在，可区分同一元素的物相差异与同质多晶现象。

方法执行以 JY/T 0587-2020《多晶体X射线衍射方法通则》为依据，该通则现行有效（2020-12-01 实施），代替已废止的 JY/T 009-1996，规定了多晶材料物相定性、物相定量、结晶度、晶粒尺寸与点阵参数等分析的通用要求。典型判定包括二氧化钛的金红石与锐钛矿区分、碳酸钙方解石与文石区分、药物多晶型筛查以及氧化锌、氧化铁等功能材料物相确认。

物相定性与粉末衍射数据库逐峰比对给出物相清单；物相定量采用多相全谱拟合或内标法报出各相含量；晶粒尺寸以谢乐公式估算并需分离仪器宽化贡献。制样上需注意研磨可能引起的脱水或相变，研磨前后图谱对比是控制制样引入误差的必要环节。

检测样品

• 粉末样经玛瑙研钵轻磨并过筛后装入样品架。
• 块状样可切割出平整测试面直接装架。
• 薄膜与涂层样以低角度掠入射测试表面物相。
• 对易相变样品应记录研磨前后图谱对比。
• 标准物质（如硅粉）用于衍射角与峰形核查。
• 保留剩余样用于定量复核与重复测试。

检测项目

• 物相定性：衍射峰位与强度同粉末衍射数据库比对。
• 物相定量：多相全谱拟合或内标法报出各相含量。
• 晶型判定：区分同质多晶，如金红石与锐钛矿。
• 结晶度测定：结晶峰与非晶散射的面积比或拟合估算。
• 晶粒尺寸：以谢乐公式估算并分离仪器宽化。
• 微观应变：以峰形积分宽度区分尺寸与应变贡献。
• 点阵参数：高角峰位精修获得晶胞常数。
• 择优取向：判定织构对衍射强度分布的影响。
• 变温衍射：跟踪相变与分解过程的物相演化。
• 掠入射分析：薄膜与涂层表面物相判定。
• 杂质相筛查：识别主相之外的微量副相。
• 结果报告：按通则要求报告物相清单与定量依据。

检测方法

• 制样核查：研磨过筛并比对研磨前后图谱确认无相变。
• 仪器核查：以标准物质核查衍射角与峰形。
• 数据采集：设定扫描范围与步长采集衍射谱。
• 背景与峰形处理：扣除背景并做峰形拟合。
• 物相检索：数据库逐峰匹配给出物相清单。
• 全谱拟合：以多相精修获得定量与点阵参数。
• 晶粒分析：以谢乐公式估算晶粒尺寸。
• 结果复核：以重复制样测试核对定量稳定性。

检测仪器

• 多晶体X射线衍射仪：物相与晶体学分析主机。
• 铜靶X射线管：常规衍射光源。
• 一维或阵列探测器：提高采集效率与分辨率。
• 零背景样品架：降低基底衍射干扰。
• 标准物质（硅粉）：衍射角与峰形核查。
• 玛瑙研钵与筛网：粉末制样。
• 掠入射附件：薄膜与涂层表面分析。
• 变温附件：相变过程跟踪。
• 衍射分析软件：检索、拟合与晶粒计算。
• 粉末衍射数据库：物相比对依据。
• 低角度载台：薄膜与涂层测试。
• 数据管理系统：谱图与结论归档。

结果评定

结果评定应以物相检索匹配是否充分、全谱拟合优度与残差是否合理、制样是否引入相变干扰为核心依据，结合 JY/T 0587-2020 通则要求给出物相清单、定量结果或晶型判定结论，并注明数据库与拟合方法。

应用领域

• 无机粉体（钛白、碳酸钙、氧化锌）物相与晶型判定。
• 药物多晶型筛查与工艺一致性确认。
• 陶瓷与耐火材料相组成分析。
• 催化与电池材料的物相纯度验收。
• 涂层与薄膜表面物相判定。
• 失效分析中腐蚀产物与析出相识别。
• 第三方检测机构出具物相判定报告。

常见问题

问题1：XRD 判定与化学分析有何不同？

化学分析给出元素组成，XRD 直接判定材料以何种物相或晶型存在，可区分同一元素的不同化合物及同质多晶现象。

问题2：物相分析依据什么标准？

以 JY/T 0587-2020《多晶体X射线衍射方法通则》为主要依据，该通则现行并代替已废止的 JY/T 009-1996。

问题3：物相定量怎么做？

常用多相全谱拟合法精修各相比例，也可采用内标或参考强度法，报告时注明定量方法与拟合优度。

问题4：晶粒尺寸结果需要注意什么？

以谢乐公式估算时须扣除仪器宽化与微观应变贡献，且适用于纳米至亚微米量级，过大晶粒峰宽接近仪器极限则不适用。

问题5：研磨会影响物相判定吗？

可能。研磨会使部分样品脱水或发生相变，须对比研磨前后图谱，确认物相未变后再判定。

问题6：薄膜样品如何测？

采用掠入射衍射降低基底干扰，重点判定表面与膜层的物相组成与择优取向。

问题7：检出限大约多少？

常规条件下物相检出限约在百分之一量级，受基体吸收、重叠峰与计数时间影响，微量副相宜延长采集确认。