《材料测试技术及方法》课程教学资源（书籍文献）X射线晶体学

英譯版序首 第一次融紀尼叶博士这本书的法文原版时，我的儕赭很激动. 显然，这是一本很好的书，这种书是多年来很需要的.这本书不是 为涮定品体结构的专家們写的，而是为那些要把X射後品体学用 在工业上或把它作为较老科学的一个辅助方法的者而写的.不 过，就是对于专家例，韵了本书之后对他刚的工作也还是可以有很 多帮助.說实在的，我白已的这本书被翻陶的次数是那样多，以致 我敢肯定它不久就要被藺破了.我总不愿意把书借出去，除非书· 可以不受损坏地还回来.我觉得它的内容和谮在的用途值得印成 更耐久和更方便的形式. 我希架英文版不久将以更好的装訂出現，我很高兴在不久前 听到希耳格和瓦滋公司委託T.工.梯杯耳从事这一翻举工作.我 愉快地同意出版这新的版本井写一篇序言.我介貂这本书袷技术 汇作者、专家和对X射棱品体学有-般兴趣的人.本书申有几处 已經作了一些修政，有的是紀尼叶博士自己做的，有的是完至由我 负责的.特别是全部的波长收用cg.s.制的单位（埃），除掉特别 中明的地方、这样做可以符合国际晶体学会最近的规定。 已經增加了少数的附加的参考資料和索！，有的附录則被删 去了或重新安排了， 我对G.费許德表示威湖谢，他會对附录陌作辛勒的校南工 作；并对J.H.格林稚尔-威尔斯表示威谢，她帮助做了許多校对 作. K,隆斯达耳

1945年法文版· 序 言 X射毂晶体学是-一門新兴的科学，它的目的是用射钱来研究 品体物质.X射钱晶体学起源于1912年（劳埃关于品体使X射钱 衍射的著名实驗)。在布拉格父子和他們学派的影响之下，这門科 学特别得到了发展。其后很快地出现了新多其他的研究工作者. 这种新的所究方法所得的最重要的秸果之一証明，除掉玻璃 或树脂以外，一切固体都是品状的，甚至就是那些普通凯为非品体 的东西亦然.金属、陶瓷、紙木、载品、动物或植物的轩雄、毛发、人 的指甲、普角、彩毛等都是品体。玻璃、树脂甚至液体都是有袺构 的，它啊的结构并沒有以往所想象的那样和品体差别很多.所以， 这門新科学的应用范围很广用被长和原子大小的数量級相等而 比光銳利得多的輻射来武探物貢，我两可以获得待确而可靠的关 于原子在空間中排列的知藏，关于这种知融，以前的品体学方法至 多不过給我們一些轍廓。 这門在研究实驗室中創始的新科学不久前才进入到工厂实驗 室中，尤其是它对于治金学買献很多，它补充了偏振或金相显微 领的不足。但是，特别在外国，龙也被用在陶瓷、織品（人造纤雄） 塑胶第工业上. 由于設备逐海地政进，沒有具备特殊技巧的八，翘短期棘之 后，也可以摄取为解决各种問题所需的X射镘图.当問粗涉及到 需要解释这种照片而从这种照片上得出它們所包含的全部消息 时，工作就比較困难了. 困难的程度各有不同.把粉未图重迭起来以凯出化学成分科 不需要特殊的技巧，而要定出物质的原子結构（由三个坐标来規定

原子的确实位置)，則一般将此較闲难，只有X射镘品体学的老手 才能完成，有时要經过儿个月的努力和高度的技巧. 在这两种极端的情形之間，还有新多其他的关于品体的織构 (texture)的間题：由于杂质和机械作用所引起的晶体点陣的形变 (金属的加工硬化)，热处理对于特殊花样的出現或消失的影响等： 問題虽沒有如解决晶体秸构那样困难，但是地很需要技巧，这些問 盟只有交給有专門知藏的专家钙，才能得到钻果，专家所备有的知 戢基越踏突，則从照片上所推出来的情报越多.紀尼叶为了培 养这样的专家，所以写这本书。这本书的特点在于把各种現象的 理論常用尽可能清楚的方式表达出来，升以特别有趣的例子来作 为这些理論的例証，这些例子中，有的朵自作者自己的研究工作， 有的摘自权威专家的原文.一个很简单的几何学工具一倒易点 陣(reciprocal lattice)一出了新多問题的漂亮而随单的解答。 倒易点陣是一个很老的概念，最初为法国品体学家布拉未所引用， 共后由P.P.爱瓦尔德重新提出，后哲會經证明在何种場所下倒 易点陣可以用来解释品体的X射餐衍射照相.讀者会发現，位得 把这个概念变为很熟糠，因为它将谿出解释所有X射餐图的許多 特点的秘密的朗匙， 粑尼叶的书出版得很及时；在我們盟受到战季的考驗之后，我 們必須作最大努力来恢复我們的工业，这只有当建立在足够稳固 的基甜上时才会成功、毫无疑問，X射後品体学在控制生产的实 驗室和为政进工艺过程的研究实驗室中将占据越来越重要的地 位 .紀尼叶的书将帮助技术工作者們学会如何拉用这門新的科 G.奠良

导 言 X射钱在亡艺上的实际应用有两方面：X射钱照相术和X射 餐品体学。事实上，这两种技术的差别很大.X射辍照相术基于 物盾对X射餐的透明性和武样成分与厚度变化所引起的吸收差 异。X射钱晶体学則是X射餐在品体中的衍射的应用.这两种技 术所需的被备不同；它們的目的井不一致。前者主要用来检查产 品，所以它的地位是在审間里.后者主要是研究的工具，是一种实 验室的方法，前者葡单，而后卷則需要技巧，只有在专門科学入員 的手中子会有秸果.所有这些区别表明，不討赣整个X射钱的应 用而只抽出X射钱品体学来討論是合理的， 此帆，还存在着另一門X射镘物理学一 一X射縵光部学，心巳 有工艺上的应用；但是，这种应用的发展还太少，不足以在本书中 叙迹. X射後品体学起源丁1912年劳埃对-于X射棧被晶体所衍射 的发現。这个历史性的实驗-一方面是我們对于X射怒波长的測量 和对于X射钱知散的起点，另一方面也是晶体学发展的开端，魅 劳埃之后，必須提起W.H.布拉格及W.L.布扯格的名字；他們 发現了这个处女地，井且开降了差不多是以后的全部研究的道路 最初，品体学家們用X射授来找出天然品体的构造，就是說，作出 原子排刘和原子間的距离的模型。就是在晶体学处在这样的进展 中时，也已找到了这个新知藏的許多应用；于是X射後品体学的方 法逐为技术实驗室所朵用，在：这些技术实驗室中所要求得出的结 果和矿物学实驗室中所要求的不同、例如对于化学家和冶金学家 这两种主要的应用者来說，一般是对结构为已知的材料或不需要 道其結构的材料进行工作。他們的目的是鑑定、分析和状定晶 体的織构和研究晶体的形变等

本书供应用X射餐品体学方法的技术工作者之用.它不是为 晶品体学家写的，所以井不耐論荆定品休結构的基本問题.由于同 样的原因，本书只涉及晶体学的初步知藏。然而，我們也不打算把 理論部分局限于日常应用X射镘所需的最低限度，例如在化学文 驗室里，我們企图尽量群尽地进行討論，使讀者可以解释特殊的 图样和可能遇到的复杂情形. 我們力求搜集所有凡是X射後实驗工作者可以用到的理論方 面和实验方面的事实.这些事实对他俩是必需的，如果他們要得 到有用而且比較重要的結果的話，本书包括五部分：(1)X射殺 的一般性霞，这些性质是以后将要用到的；(2)晶体学基酣与行射 理論；(3)各种实验技术的描述；(4)可以用X射我品体学来处理 的各种問慰的奔逃.以上每一部分都群細地叙逃了一个其体例 子，这些例子都是尽量由我們自己做过的实驗或其他工作中取来 的；(5)最后，对于一些更难的周題，例如对于晶体的缺陷的影响、 非晶体的衍射、小颗粒的散射等也作了討論.我們尽可能少用数 学，而把公式的推寺集中在书后附录中。在附录中还給出了为解 释X射接行射图所必裙的图表。 关于X射袋品体学方法的应用，我例尽量直接耠所用的实 驗技禾方面和对于行射图解释方面有用的知藏，但我們不时論用 X射後所得的待果.例如，我們說期了如何找出压延金属的織构， 但我們不猫述所观察到的各种取向，这种取向是随并金属和其所 铤的热处理而不同的.由此可見，我卿严格地局限于应用X射钱 方法的耐論。 我們不对X射餐衍射的各种实验方法作全面的评逃；而只副 論其中最常用的、特别着重这生方法，它們的优越性是我們所熟知 的.因此，参考文献此較少.讀者可以在下列一般性的若作中找 到更完全的知藏。这些著作也是我們自已經常参考的. X射线物理学和衍射理输 A.H.Compton及S.K.Allison:“X射的y理输与实驗'(Macmiilan,L,ondon, .vi

1935.1946年版). M.von Laue:“偷琴射越的干涉"(Becker及Eler,Leipzig,1941): .Thilaud:“X射超”(Armand Colin,Paris,1942)三版， R.W.ames:“X射线行射的光学原期'(G.Bcl,London,1948). 晶体分折 C.S.Barrett:“金属的构”(McGraw-Hill Book Co.,New York,1943) W.H.Bragg及W.L.Bragy:“结品态"第一卷(Bel,L.ondon,f933). C.W.Bunn:“化学結晶学”(Oxford uiniversity Press,1945). W.R,Davcy:“品体结构的研究及其应用”(McGraw-Ii,cw、York,1934) F.Haa及H.Mark:“品体的倫琴图研究导翁”（便.Bacth,I,cipzig,I937). (参考女献很完全). K.Lonsdale:“晶体及X射楼”(G.Bel,London,l949). Charles Mauguin:“用X射棧所完的品体的特枸'(Gauthier Villard,Puris), W.T.Sproull::“笑用X射学”(McGraw-Hili Book Co.,New York,1946)。 A.Taylo:“x射钱金相学导编？(Chapman及Hall,1 ondon,1945). 关于应用方面 H.Brasseur:“X射棱及其应用”(Desoer,Lige,1945) G.L.Clark:“用x射超学”(cGraw-iHl,New York,1940) R.Glocker:“用x射的材料试验”(U.5 pringer Berlin,1936). 1.Trillat:“X射犧的应用”(Press Universitaires,Paris,1930). 晶体結构 “測定品体結构的国际安”1935（新版在准备中）. P.P.Ewaldl及C.Herinann:“轴构报告'七谷. 結构报告”第二餐(nter.Union of Crystallo2rphy,1951)其他各卷在准备 中. 我的导师C.莫是数授，法兰西科学院院士，陪惠予圈清本稿 井将它介貂給讀者.特此誌谢. 我必須向所有帮助我完成这项工作的人两表示潮意：德符及

格里富耳僧帮助我制剧：华尔特，耶奎和以钠德儈備耠我他婀自己 极的照片；M.G.紀尼叶僧对于某些章节的陈递作出明智的建義： 最后，毕尤都温公司、幅射学通用公司和飞利浦公司會容新我发表 它們制造的仪器的照片.抱款的是，不可能希望书中沒有结誤，我 希望游者們帮助我作出改正. 如果这本书对技术人員带来实用而有效的帮助，从而推进X 射钱在笑验室及工业上的应用，那末作者的日的就达到了.在工 业上，有新多技术周题用了X射後品体学的方法就此較易于解决. A。紀尼叶

录 英版序言.行 法文版C.莫良的序言. 作者的导言.v 豫 籍 第一章X射後的一般性质.1 第二章X射接的产生.28 第二籍 第兰章品休学那弭及X射授品体衍射的现論.43 第三籍 实驗方法.93 第四章晶体粉末或微品固休的衍射图.94 第五草单品体的行射花样.135 第六章严格单色辐射的衍射花样 .16 第四籍 X射辍晶体分析法的应用.179 第七章品休结构的研究.：.181 第八章品体点隙的研究.209 第九章晶体元品胞精构的研究. 232 第五篇 第十章品体的缺陷.239 第十一章非晶休的X射餐衍射.258 第十章用低角度散射法测定亚微观粒子的大小.269 附录.：.279 女献及人名索引. .333 06606

第一篇 第一章 X射繼的一般性質 A.X射钱的性質 1.X射餐是横向电磁辐射，它象光，但波长短得多。不能 格地确定它們的范围。在长波长一端X射辍管可以放出和紫外光 一样的輻射，而在光普的另-一端，則放出和放射性物质所放出的Y 射殺相似的射袭.但X射殺晶休学中所应用的X射後，其波长介 于0.5至2埃之間(1埃=10-8厘米).所以我們研究限于在这 个波长范围之内.我們可以指出，在射後照相术中所用的X射後， 平均起来，波长要此鞍短得宝（从0.05到1埃）. 大家知道，解射能随着实验条件而表現出它本身的两个互补 性质之一，波或粒子.有时芳虑为波更好；波以它們的波长1为特 征.有时必須把一束X射线想象成一个以光速（运动着的粒子集 团，每一个“光子”合有=的能最。由于X射赣的筑率豹 为可見光縵的1000倍，因而X光子具有比可見光的光子大得多的 能量。 X射钱的光学（几何光学和物理光学）虽有和普通光学一样的 理論基，但存在养一些特点，这种特点起源于两个主绥的事实： 波长短和光子的能量大.因此，X射钱和物减的作用与光和物质 的作用迥然不同.如果新定了物置的一些常数，则对于茱一个情 形是可能的过程，而对于另一情形它就变为不可能的了.例如，对 ·1·

于所有的媒盾，X射钱的折射牵都很近于1，X射機不能被偏折到 任一有实际用处的程度；在普通的突驗条件下，它們不被反射.一 束X射棧，正如-束光一样，可以部分地或全部地偏板化，但偏振 平面井不受其所經过的媒质的影响，因此，在X射接的技术中，沒 有和测佩振术相当的东西、X射锾光学的全部兴趣集中于散射和 衍射现象 2.X射载源：它們的特征唯一有足够強度而在实际上有用 的X輻射源为阴极射钱一卸高速电子.一和物原的碰撞。于 是，、个X射钱管包括：一个电子源，称为阴极；和一个靶，称为 对阴极(anticathode).,在两者之間加上高电势差以使电子在碰到 对阴极时有所需的速度· 可惜在磁撞时，以X射钱形式发出来的能量非常移.一个X 射镂管的输出举，即发射光接维中所含的能量与电子束能量的比 率，可用下列近似公式来表示（康普随及爱立生，I935a) e=1.1X109zV, (1.1) Z为对阴极元泰的原子序数，而V为管子两端的电压，以伏特为 单位：一个鸽靶管，在100,000伏特工作时，6=0.8%，而一个铜 靶管在30,000伏特工作时，e兰0.2%. 换句話說，电子每秒钟内所带的能量和（其中￥为电子电流） 将近全部变为热.所以，对阴极会烧得很热；如果这种热量不殷法 排去，则对阴极会赐上溶化；但是，即使用了最有效的冷却方法， 在粘定物质的对阴极的单位面积上，还是不船接受多于某一定量 的能量而不致于捐坏的，如果骸物质导热越好和熔点越高，則这 个极限值就越大；因此，作为对阴极的金属，限于高熔点的如编、 钥或钝，或者导热很好的如匍或銀等金属。X射钱源的功幸有这 样的限制是很严重的缺点：直到現在为止，这种缺点还沒有能很好 地破克服；X射钱晶体学的工作常因为光束的強度太弱而受到限 制，肯定地，一个比現有管子功率更大百倍的管子将会大大地扩大 X射赣应用的范围 2