材料晶體衍射結構表征是研究材料成分、結構與性能關(guān)聯(lián)問(wèn)題的重要手段之一，是材料研究的共性問(wèn)題。為了更好地方便讀者理解材料晶體衍射結構表征相關(guān)內容，我們編著(zhù)了本書(shū)。本書(shū)特點(diǎn)如下。
第1 章介紹了有關(guān)晶體結構基礎知識，晶體結構基礎是晶體衍射結構表征的核心理論基礎，為了方便讀者對部分晶體學(xué)公式溯源，特意補充部分數學(xué)推導過(guò)程。在第2 章中，介紹殘余應力檢測方法時(shí)添加了一些新技術(shù)和新裝備；詳細給出了人造超晶格檢測的衍射實(shí)驗參數和人造石墨結晶度的表征方法；以金諾芬（C20H34AuO9PS）的同質(zhì)多晶型的B 型晶體為例，介紹了一種手工解析晶體結構及指標化的方法。第3 章介紹了粉末衍射晶體結構精修。第4 章主要是介紹X 射線(xiàn)衍射宏觀(guān)織構表征，在該章中添加了烏爾夫網(wǎng)、極氏網(wǎng)和晶體極射標準投影等內容，特別是推導了繪制烏爾夫網(wǎng)的數學(xué)公式和極射標準投影的繪制過(guò)程；表述某一特定晶面的X 射線(xiàn)衍射強度的空間分布的極圖就是根據極射投影的原理繪制的，闡述了任意織構對應任意晶面理論極圖的繪制方法，運用該方法繪制了面心立方、體心立方（鋼鐵材料）和六方晶體金屬（鈦、鎂、鋅和鋯等）常見(jiàn)織構的理論標準極圖（極圖只有晶面衍射空間分布的位置信息，沒(méi)有衍射強度信息）。第5 章介紹金屬材料織構表征的應用，該章中每一個(gè)實(shí)測極圖都是陳亮維博士在昆明貴金屬研究所工作期間親自操作測試獲得的實(shí)驗數據，揭示了材料加工制備工藝（化學(xué)或物理氣相沉積、電鍍和各種壓力加工工藝等）和熱處理工藝對織構的形成機制的影響，半定量地描述了織構與主要滑移面、主滑移方向及滑移系之間的關(guān)聯(lián)問(wèn)題。第6 章介紹EBSD 微觀(guān)織構的表征，在該章中獨立推導了EBSD 的菊池花樣與晶體結構之間的數理關(guān)系；理論計算了面心立方、體心立方和簡(jiǎn)單六方晶體材料的背散射電子衍射菊池花樣的特征，還列舉了面心立方晶體材料的立方織構取向、剪切織構取向的理論菊池花樣的繪制過(guò)程；對晶體取向與歐拉角的關(guān)系式進(jìn)行了重新推導與再思考，提出了新的Roe 和Bunge 規則下的歐拉空間與織構類(lèi)型的表達式，加強了對原有Roe和Bunge 公式的理解，同時(shí)結合實(shí)際檢測的需要，對原有的公式進(jìn)行了完善與發(fā)展，特別是對非立方晶體的歐拉空間與織構類(lèi)型的公式進(jìn)行了更新，這極大地方便了用戶(hù)利用晶面夾角公式對檢測結果進(jìn)行驗算，同時(shí)簡(jiǎn)化與之對應的極圖的繪制。第7 章介紹透射電子衍射斑點(diǎn)花樣分析，在該章中獨立地補充了單晶體透射電子衍射斑點(diǎn)花樣與晶體結構之間的數理關(guān)系，重新闡述了各種晶系、各種點(diǎn)陣類(lèi)型下標準透射電子衍射斑點(diǎn)花樣的繪制方法，并繪制了6 種晶系13 種點(diǎn)陣（三斜晶系除外）晶體在低指數基本晶帶軸下的透射電子衍射斑點(diǎn)花樣；總結了各種晶體在低指數基本晶帶軸下的透射電子理論衍射斑點(diǎn)花樣特征，在此基礎上，提出了一套透射電子衍射表征單晶結構的電鏡操作建議和晶體結構指標化方法。實(shí)際上，各種孿晶的理論透射衍射花樣是可以計算出來(lái)的，筆者剛完成了面心立方和體心立方結構孿晶的理論透射衍射花樣的繪制工作，但六方孿晶衍射花樣繪制的內容，留給讀者自己思考。第8 章主要介紹各種衍射方法的共性和應用展望，系統地闡述了晶體衍射布拉格方程、晶面衍射條件、晶面間距與晶面指數、晶格點(diǎn)陣參數的公式、晶面夾角公式等相關(guān)知識，在粉末衍射、單晶衍射、背散射電子衍射、透射電子衍射及不同光源的晶體衍射條件下，表征晶體結構和晶粒取向的方法。這為相關(guān)的檢測數據采集系統和實(shí)驗數據分析系統軟件的自主設計提供了數學(xué)模型，同時(shí)為讀者更好理解檢測表征結果提供了依據。第9 章介紹了X 射線(xiàn)衍射儀。
霍廣鵬、惠玉玉、楊成超和任令褀等研究生完成了全部理論菊池花樣和透射衍射花樣的繪制工作，在此對他們表示感謝。
希望該書(shū)能被廣大讀者接受和喜愛(ài)，對生產(chǎn)、科研和教學(xué)有所幫助。最后懇求讀者多批評指正。

陳亮維

陳亮維，男，1968年5月生，籍貫湖南雙峰，教授級高工，博士。1991年6月畢業(yè)于中南大學(xué)應用物理專(zhuān)業(yè)，2009年12月前在昆明貴金屬研究所從事材料晶體結構與性能表征及無(wú)損檢測工作。2010年1月以后在昆明理工大學(xué)承擔"材料晶體結構表征"碩士生和博士生課程教學(xué)、"無(wú)損檢"量子力學(xué)"2門(mén)本科生課程教學(xué)及大量的實(shí)測"驗教學(xué)。主持和參與多項基金項目，多次為企業(yè)解決實(shí)際技術(shù)難題。建立了50余項物相晶體粉未衍射國際標準，出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著(zhù)4部;獲省級科研獎勵3項，獲得國際晶體組織授予的杰出貢獻證書(shū)3本，2009年獲云南省中青年學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人稱(chēng)號。

易健宏，男，1965年5月生，籍貫湖南株洲，二級教授，博士，先后入選教育部新世紀人才計劃和云南省高端人才計劃。主要從事磁性材料理論與制備、稀貴金屬材料與技術(shù)、粉末冶金基礎理論與材料制備等方面的研究。承擔國家科技攻關(guān)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家"863"計劃、國家軍工計劃等科研項目40余項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，主編教材1本，出版著(zhù)作3部;先后獲得"云嶺學(xué)者"和"中國青年科技獎"等榮譽(yù)，獲得國家級及省部級以上科研教學(xué)獎勵10余項。

虞瀾，女，1968年2月生，籍貫江蘇，教授博士。1988年畢業(yè)于四川大學(xué)金屬材料專(zhuān)業(yè)2004~2008年于德國馬普固體物理研究所熱電薄膜方向攻讀博士學(xué)位，主講"材料科學(xué)基礎"(省級雙語(yǔ)精品課)、"材料物理"、"稀貴金屬材料學(xué)"等本科、研究生課程。主要研究領(lǐng)域為熱電、光電、磁性等新型功能陶瓷及薄膜的制備和性能研究，以及原子層熱電堆薄膜及器件的研發(fā);主持了3項國家基金項目，主持或參加了省部級、國際合作等10余項，獲得了省級科研和教學(xué)成果獎勵5項，發(fā)表論文100余篇，授權發(fā)明專(zhuān)利10余項，出版專(zhuān)著(zhù)1部。

史慶南，男，漢族，1956年11月生于云南德欽，二級教授，博士生導師。1982年2月畢業(yè)于昆明工學(xué)院壓力加工專(zhuān)業(yè)，1985年在北京鋼鐵學(xué)院獲壓力加工專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位。曾在日本東京大學(xué)和法國國立高等工程技術(shù)學(xué)院(ENSAM)做高級訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者。獲2006年云南省有突出貢獻的優(yōu)秀專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才稱(chēng)號，云南省教學(xué)名師。在長(cháng)期從事教學(xué)工作中，為大學(xué)本科生和研究生講授了"軋制工藝學(xué)""金屬塑性加工學(xué)"塑性加工物理基礎"等10余門(mén)課程。獲云南省教學(xué)成果一等獎和國家教學(xué)成果二等獎各1項，云南省自然科學(xué)獎勵3項，出版著(zhù)作3部。

本書(shū)闡述了材料晶體粉末衍射、電子背散衍射和透射電子衍射基礎理論及應用。重點(diǎn)闡述了常見(jiàn)材料織構的理論極圖的繪制方法、任意單晶取向下理論背散電子衍射菊池花樣、理論透射電子衍射斑點(diǎn)花樣的繪制方法及常見(jiàn)織構的理論極圖、電子背散衍射菊池花樣和透射電子衍射花樣，補充和完善了歐拉空間與織構類(lèi)型的關(guān)系式，添加了金屬材料織構表征應用的實(shí)例。本書(shū)為表征晶體結構提供了解析方法，同時(shí)為設計粉晶衍射、四元單晶衍射、電子背散衍射和透射電子衍射晶體結構表征智能化分析軟件提供了數學(xué)模型。
本書(shū)可作為高等院校材料、冶金、化工和礦物加工等各專(zhuān)業(yè)教材，也可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)的廣大科技工作者的參考書(shū)和工具書(shū)。

第1章 晶體結構基礎 001
1.1 空間點(diǎn)陣、晶胞和原子坐標 001
1.2 晶面指數和晶向指數 002
1.2.1 三指數法 002
1.2.2 四指數法 003
1.3 晶體學(xué)中的對稱(chēng)操作元素 005
1.4 晶系、點(diǎn)群和空間群 007
1.5 倒易點(diǎn)陣及晶體學(xué)公式的推導 013
1.5.1 倒易點(diǎn)陣的確定方法和基本性質(zhì) 013
1.5.2 實(shí)際晶體的倒易點(diǎn)陣和實(shí)際發(fā)生衍射的晶面指數特征 015
1.5.3 倒易點(diǎn)陣的應用 017
參考文獻 021

第2章 X 射線(xiàn)衍射分析原理及應用 022
2.1 布拉格衍射定律 022
2.2 X 射線(xiàn)衍射強度理論基礎 024
2.2.1 一個(gè)電子對X 射線(xiàn)的散射作用 024
2.2.2 一個(gè)原子對X 射線(xiàn)的散射作用 025
2.2.3 一個(gè)晶胞對X 射線(xiàn)的散射作用 026
2.2.4 一個(gè)小單晶對X 射線(xiàn)的散射作用 031
2.2.5 擴展到整個(gè)粉晶對X 射線(xiàn)的散射作用 034
2.3 X 射線(xiàn)衍射分析的應用 038
2.3.1 晶粒大小和晶格畸變的分析 038
2.3.2 殘余應力分析 039
2.3.3 短波長(cháng)X 射線(xiàn)應力測試的新技術(shù)和新裝備 042
2.3.4 結晶度的計算 046
2.3.5 小角X 射線(xiàn)散射（SAXS） 047
2.3.6 人造超晶格的測定 048
2.3.7 薄膜試樣的測定 049
2.3.8 物相的定量分析 056
2.3.9 新物相衍射峰的指標化 056
2.4 衍射樣品的制備 061
參考文獻 061

第3章 粉末衍射晶體結構精修 063
3.1 全譜擬合的理論概述 064
3.1.1 峰形函數 065
3.1.2 峰寬函數Hk 067
3.1.3 背底函數Y ib 069
3.1.4 擇優(yōu)取向校正 069
3.2 粉末衍射全譜擬合實(shí)驗基礎 070
3.3 粉末法從頭測定晶體結構 071
3.3.1 X 射線(xiàn)衍射測定單晶結構的一般步驟與傳統粉末法的困難 072
3.3.2 粉末衍射測定晶體結構的步驟 072
3.3.3 粉末衍射從頭測定晶體結構舉例 073
3.3.4 Fullprof 運行演示 075
3.4 全譜擬合法在物相分析中的應用 086
3.4.1 物相定性分析 086
3.4.2 物相定量分析 088
參考文獻 091

第4章 X 射線(xiàn)衍射宏觀(guān)織構表征 092
4.1 極射投影、極氏網(wǎng)、烏爾夫網(wǎng)和標準投影圖 092
4.1.1 極射投影原理 092
4.1.2 極氏網(wǎng)與烏爾夫網(wǎng)的繪制原理與應用 092
4.1.3 標準投影圖的繪制原理 094
4.2 織構的定義和測試 096
4.2.1 織構的定義 096
4.2.2 織構的測試方法 097
4.3 極圖的常規分析 098
4.4 立方晶系中任意織構的理論極圖計算及常見(jiàn)織構的標準極圖 100
4.4.1 立方晶系任意織構理論極圖的計算 100
4.4.2 面心立方常見(jiàn)織構的標準極圖 103
4.4.3 鋼鐵常見(jiàn)織構的標準極圖 105
4.4.4 部分理論極圖織構的實(shí)測驗證 106
4.5 六方晶系任意織構的理論極圖計算及常見(jiàn)織構的標準極圖 107
4.5.1 六方晶系任意織構的理論極圖計算 107
4.5.2 鈦的常見(jiàn)織構的標準極圖 108
4.5.3 鋯的常見(jiàn)織構的標準極圖 113
4.5.4 鋅的常見(jiàn)織構的標準極圖 115
4.5.5 鎂合金的常見(jiàn)織構的標準極圖 118
4.5.6 六方晶體織構理論極圖的驗證 120
4.6 反極圖的定義與分析 121
參考文獻 122

第5章 金屬材料織構表征應用 123
5.1 立方晶體生長(cháng)織構 123
5.1.1 化學(xué)氣相沉積生長(cháng)Ta 晶體織構 123
5.1.2 離子濺射Ag 織構 125
5.1.3 電鍍Au 的織構 126
5.2 立方結構金屬的變形織構和退火織構 127
5.2.1 鍛壓、擠壓和拉拔形成的變形織構和退火織構 127
5.2.2 軋制變形織構和退火織構 128
5.3 織構對抗拉強度的影響 134
5.4 FCC 金屬材料織構與滑移系的關(guān)系 135
參考文獻 137

第6章 EBSD 微觀(guān)織構的表征 138
6.1 EBSD 分析中常用的術(shù)語(yǔ) 138
6.2 EBSD 的菊池花樣與晶體結構之間的數理關(guān)系 141
6.2.1 面心立方晶體背散射電子衍射菊池花樣的特征 143
6.2.2 體心立方晶體背散射電子衍射菊池花樣的特性 146
6.2.3 密排六方晶體背散射電子衍射菊池花樣的特性 148
6.3 EBSD 樣品制備方法 149
6.4 EBSD 分析數據的采集 154
6.5 晶體取向與歐拉角的關(guān)系式 169
6.5.1 Roe 法則下晶體取向與歐拉角關(guān)系式的推導 170
6.5.2 Bunge 法則下晶體取向與歐拉角關(guān)系式的推導 177
6.5.3 ODF 分析結果的驗算及ODF 截面圖的特征 180
6.6 EBSD 分析實(shí)例 185
參考文獻 190

第7章 透射電子衍射斑點(diǎn)花樣分析 191
7.1 透射電子衍射原理 191
7.2 衍射花樣特征 193
7.3 多晶電子衍射譜的標定 194
7.4 單晶帶或零階勞厄帶（zero order Laue zone）花樣的指數標定 195
7.5 單晶標準透射電子衍射斑點(diǎn)圖的繪制 197
7.5.1 立方晶體單晶的標準電子衍射斑點(diǎn)花樣的繪制 198
7.5.2 四方晶系單晶標準透射電子衍射斑點(diǎn)圖的繪制 203
7.5.3 正交晶體單晶標準透射電子衍射斑點(diǎn)花樣的繪制 205
7.5.4 密排六方晶體單晶標準透射電子衍射斑點(diǎn)花樣的繪制 212
7.5.5 菱方晶體單晶標準透射電子衍射斑點(diǎn)花樣的繪制 213
7.5.6 單斜晶系和三斜晶系單晶標準透射電子衍射斑點(diǎn)花樣的繪制 215
7.6 電鏡操作與新相晶體結構表征 216
7.7 多晶帶、高階勞厄帶（higher order Laue zone）衍射花樣的標定 219
7.8 透射電鏡電子衍射花樣的應用 221
參考文獻 229

第8章 晶體衍射數據分析總結與展望 230
8.1 各種晶體衍射的共同理論基礎 230
8.2 粉末晶體衍射指標化軟件的設計 230
8.3 EBSD 實(shí)驗數據分析軟件的設計 231
8.4 四元單晶衍射數據分析方法 232
8.5 透射電鏡電子衍射應用的新展望 234

第9章 X 射線(xiàn)衍射儀 235
9.1 衍射儀產(chǎn)品的介紹 235
9.1.1 TD-3500 型衍射儀 237
9.1.2 TD-3700 型X 射線(xiàn)衍射儀 238
9.1.3 TD-5000 X 射線(xiàn)單晶衍射儀 240
9.2 衍射儀常用的附件 242
9.2.1 高低溫附件 242
9.2.2 織構和應力測試附件 243
9.3 衍射實(shí)驗數據采集系統和分析系統 243
9.3.1 數據采集軟件 244
9.3.2 數據處理軟件 248
9.4 特殊應用實(shí)例—外延生長(cháng)晶體的結構表征 250
9.4.1 簡(jiǎn)易的織構因子測量 251
9.4.2 薄膜傾斜角測定 251
9.5 X 射線(xiàn)衍射儀的關(guān)鍵硬件 253
9.5.1 射線(xiàn)管靶材 253
9.5.2 X 射線(xiàn)發(fā)生器 254
9.5.3 測角儀 255
9.5.4 X 射線(xiàn)單色化 257
9.5.5 探測器 257
9.6 TD 系列衍射儀常見(jiàn)故障診斷方法 258

附錄 260
附錄1 在Roe 系統中立方晶系的織構與歐拉角的對應關(guān)系表260
附錄2 體心立方點(diǎn)陣的倒易點(diǎn)陣平面基本數據 275
附錄3 面心立方點(diǎn)陣的倒易點(diǎn)陣平面的基本數據 277
附錄4 六方密堆晶體（軸比c/a=1.63）倒易點(diǎn)陣平面的基本數據 280
附錄5 標準電子衍射花樣 283