Рентгенографія матеріалів , область досліджень, що займається вирішенням всіляких завдань матеріалознавства на основі рентгенівських дифракційних методів. У Р. м. досліджують як рівноважні, так і нерівноважні стани матеріалів; вивчають їх кристалічну структуру, фазовий склад і його зміни, будують фазові діаграми, досліджують стан деформованих (або підданих яким-небудь іншим діям) матеріалів, процеси впорядкування і явища ближнього порядку в них.
Визначення числа, розмірів і разорієнтіровки кристалітів. Розміри кристалітів полікристалічного матеріалу, що істотно впливають на його механічні властивості, визначають методами Р. м. Середній об'єм V досить великих (~ 0,5—5 мкм ) кристалітів знаходять по їх числу N в досліджуваному зразку: V = Q/n, де Q — об'єм зразка. Число N кристалітів, що беруть участь у віддзеркаленні рентгенівських променів, визначається числом п точкових рефлексів, складових Дебаївське кільце рентгенограми (див. Дебая — Шеррера метод ): N = 2 n / а cosj, де а — постійна величина (параметр апаратури), J — брегговський кут.
Рентгенографічні методи дозволяють визначати кути разорієнтіровки і розміри блоків мозаїки — областей з правильною будовою, повернених одна відносно іншої (разорієнтірованних) на дуже малі кути. Подрібнення блоків мозаїки супроводиться зміцненням матеріалів, характеристики мозаїчності пов'язані з щільністю дислокацій. Про розміри блоків мозаїки ~ 0,05—0,1 мкм судять по розмиттю (розширенню) Дебаївських кілець ( мал. 1 ). Якщо розширення обумовлене лише мозаїчністю, то усереднені значення розмірів блоків: D = l/bcosj, де b — напівширина розмитої лінії, l — довжина хвилі використаного випромінювання. Середній кут разорієнтіровки блоків J визначають по ефектах подвійного вульф-брегговського розсіяння в малокутовій ооласті (при e = 2j £ 0,5°), коли первинно відбитий промінь відбивається ще раз від відповідним чином орієнтованого блоку у напрямі вихідного пучка ( мал. 2 ). У околиці первинного променя з'являється додаткове дифузне розсіяння, інтенсивність якого I (e) визначає J: I (e) = А e -1 ехр {— B e 2 / J 2 }, де А і В— постійні величини.
Визначення залишкової напруги. Унаслідок пластичних деформацій, фазових перетворень, опромінення частками високих енергій, нерівномірного нагріву і охолоджування і так далі в матеріалах можуть виникати залишкові напруга . Макронапруги приводять до викривлення) розтріскуванню, межкрісталлітной корозії, а інколи обумовлюють анізотропію механічних і магнітних властивостей матеріалу або підвищують його втомну міцність (наприклад, за наявності стискуючої напруги). Рентгенографічне визначення макронапруг в простому випадку зводиться до виміру зсуву Дебаївської лінії DJ. У простому випадку при нормальній напрузі s зсув DJ пов'язаний з s вираженням: s = E ctgj × Dj/m, де Е — Юнга модуль, m — Пуассона коефіцієнт .
Мікронапруги, як і подрібнення блоків мозаїки, приводять до розширення Дебаївських ліній. Якщо розширення обумовлене лише мікронапругами, то середня їх величина (для кристалів кубічної сингонії): D а / а = b/4tgj. Для розділення ефектів, що викликаються мікронапругами і блоками мозаїки, застосовують спеціальну методику, засновану на гармонійному аналізі .
Фазовий аналіз. Р. м. дозволяє виробляти якісний і кількісний фазовий аналіз гетерогенних сумішей. Кожна фаза даної речовини дає на рентгенограмі характерне віддзеркалення. У визначенні складових суміш фаз по їх віддзеркаленнях і полягає якісний фазовий аналіз. Кількісний фазовий аналіз проводять на рентгенівському дифрактометрі: зіставляючи інтенсивності віддзеркалень фази і еталону, що знаходяться в суміші, можна визначити концентрацію даної фази в полікристалі.
Фазові перетворення. Р. м. застосовують для дослідження змін в пересиченому твердому розчині, обумовлених його розпадом (старінням) і, отже, виникненням нових фаз і (або) зникненням старих. Температурно-тимчасова залежність зміни концентрації фаз дає можливість вивчати кінетику процесів і науково вибирати, наприклад, режими термообробок, визначати енергію активації процесу і так далі Розпад твердих розчинів супроводиться зміною їх фізичних і механічних властивостей. Особливо значно міняються властивості, коли кристалічна решітка фази, що знов утворюється збігається з вихідними гратами твердого розчину і між ними немає чіткого кордону розділу; у такому разі говорять, що розпад протікає когерентно — утворюються, наприклад, зони Гинье — Престона ( мал. 3 ). Якщо виникає чіткий кордон розділу, то говорять про некогерентні виділення фаз. Рентгенограми твердих розчинів при когерентному і некогерентному розпадах істотно відрізняються, що дозволяє отримувати важливі дані про хід крісталлоструктурних процесів.
Визначення типа твердого розчину і кордону розчинності. Для встановлення типа твердого розчину в Р. м. визначають кількість n атомів в елементарному вічку розчину, використовуючи рентгенографічні дані про її об'єм Q і значенні щільності розчину r: n = Q r /a ×1,66×10 -24 , де A — средневзвешенний атомна вага. Якщо n виявиться рівним числу атомів в елементарному вічку розчинника n про , те розчин побудований за типом заміщення; якщо n > no — маємо розчин впровадження, при n < no — розчин віднімання.
Для встановлення кордону розчинності в твердому стані в Р. м. аналізують зміни періодів кристалічної решітки при підвищенні концентрації розчину. Концентрація, при якій період грати (для 2 компонентних розчинів) перестає мінятися при подальшій зміні складу, визначає граничну розчинність для даної температури. По знайдених значеннях граничної розчинності для різних температур будують кордон розчинності.
Рентгенографічне дослідження розплавлених і аморфних речовин. Аморфні речовини і розплави дають дифузне розсіяння рентгенівських променів (см. мал.(малюнок) 6 в ст. Рентгенівський структурний аналіз ), але на рентгенограмах все ж можна виділити нечисленні і дуже розмиті інтерференційні максимуми. Аналіз дифракційних картин ( мал. 4 , а) дозволяє розібратися в структурі рідин і аморфних тіл; при цьому визначається функція атомного розподілу r( r ), тобто усереднене за об'ємом Q число атомів N в 1 см 3 на відстані r від центрального атома: r( r )= ( dn/dq ) r ( мал. 4 , би) . Дифузний фон несе також інформацію про електронну структуру сплаву.
Дослідження ближнього і далекого порядку. В твердих розчинах атоми компонентів розподілені, як правило, не хаотично, а з деякою кореляцією (див. Далекий порядок і ближній порядок ) . Коли кореляція існує лише в найближчих координаційних сферах, виникає або ближнє впорядкування (наприклад, в сплавах Fe — Si і Fe — Al), або ближнє розшарування (Cr — Мо і Si — Ge). Рентгенографічно це можна виявити по появі додаткового дифузного фону. За допомогою Р. м. встановлено, що при пониженні температури в твердих розчинах з ближнім розшаруванням зазвичай відбувається розпад на 2 твердих розчину (наприклад, Al — Zn), а в розчинах з ближнім впорядкуванням при цьому виникає далекий порядок (наприклад, в Fe 3 Al). У останньому випадку кореляція між впорядкованими атомами спостерігається в об'ємі всього зразка, що супроводиться появою на рентгенограмі слабких додаткових надструктурних ліній ( мал. 5 ) по інтенсивності яких можна судити про міру розвитку далекого порядку.
Рентгенографічне дослідження теплових коливань. Для дослідження використовують рентгенографічну методику виміру дифузного розсіяння рентгенівських променів, викликаного тепловими коливаннями, на монокристалах. Ці виміри дозволяють отримати дисперсійні криві n = f ( до ) (де n — частота, а до — хвилевий вектор пружних хвиль в кристалі) по різних напрямах в кристалі. Знання дисперсійних кривих дає можливість визначити пружні константи кристала, обчислити константи міжатомної взаємодії і розрахувати фононни і спектр кристала.
Про вивчення рентгенівськими методами розподілу дефектів в досить великих і майже досконалих монокристалах див.(дивися) в ст. Рентгенівська топографія .
Дослідження радіаційних пошкоджень. Р. м. дозволяє встановити зміни структури кристалічних тіл під дією проникаючої радіації (наприклад, зміна періодів грат, виникнення дифузних максимумів і так далі), а також досліджувати структуру радіоактивних речовин.
Літ.: Уманський Я. С., Рентгенографія металів і напівпровідників, М., 1969: його ж, Рентгенографія металів, М., 1967; Іверонова Ст І., Ревкевіч Р. П., Теорія розсіяння рентгенівських променів, М., 1972; Хачатурян А. Р., Теорія фазових перетворень і структура твердих розчинів, М., 1974; Крівоглаз М. А., Вживання розсіяння рентгенівських променів і теплових нейтронів для дослідження недосконалості в кристалах, До., 1974; Конобєєвський С. Т., Дія опромінення на матеріали М., 1967: Крівоглаз М. А., Теорія розсіяння рентгенівських променів і теплових нейтронів реальними кристалами, М., 1967; Уманський Я. С., Чиріков Н. Ст, Дифузія і утворення фаз, М., 1974; Warren Ст Е., X-ray diffraction, N. Y., 1969; Schuize G. R., Metallphysik, B., 1974.
