X射線照射到物質(zhì)上將產(chǎn)生散射。晶態(tài)物質(zhì)對x射線衍射儀產(chǎn)生的相干散射表現(xiàn)為衍射現(xiàn)象，即入射光束出射時光束沒有被發(fā)散但方向被改變了而其波長保持不變的現(xiàn)象，這是晶態(tài)物質(zhì)特有的現(xiàn)象。

 

    絕大多數(shù)固態(tài)物質(zhì)都是晶態(tài)或微晶態(tài)或準(zhǔn)晶態(tài)物質(zhì)，都能產(chǎn)生X射線衍射。晶體微觀結(jié)構(gòu)的特征是具有周期性的長程的有序結(jié)構(gòu)。晶體的X射線衍射圖是晶體微觀結(jié)構(gòu)立體場景的一種物理變換，包含了晶體結(jié)構(gòu)的全部信息。用少量固體粉末或小塊樣品便可得到其X射線衍射圖。

 

    x射線衍射儀特別適用于晶態(tài)物質(zhì)的物相分析。晶態(tài)物質(zhì)組成元素或基團(tuán)如不相同或其結(jié)構(gòu)有差異，它們的衍射譜圖在衍射峰數(shù)目、角度位置、相對強(qiáng)度次序以至衍射峰的形狀上就顯現(xiàn)出差異。因此，通過樣品的X射線衍射圖與已知的晶態(tài)物質(zhì)的X射線衍射譜圖的對比分析便可以完成樣品物相組成和結(jié)構(gòu)的定性鑒定;通過對樣品衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)的分析計算，可以完成樣品物相組成的定量分析;

 

    x射線衍射儀還可以測定材料中晶粒的大小或其排布取向(材料的織構(gòu))...等等，應(yīng)用面十分普遍、廣泛。

 

    目前x射線衍射儀主要適用于無機(jī)物，對于有機(jī)物應(yīng)用非常非常少。

 

    在x射線衍射儀獲得的x射線衍圖譜上，如果樣品是較好的"晶態(tài)"物質(zhì)，圖譜的特征是有若干或許多個一般是彼此獨立的很窄的"尖峰"(其半高度處的2θ寬度在0.1°~0.2°左右，這一寬度可以視為由實驗條件決定的晶體衍射峰的"最小寬度")。如果這些"峰"明顯地變寬，則可以判定樣品中的晶體的顆粒尺寸將小于300nm，可以稱之為"微晶"。晶體的X射線衍射理論中有一個Scherrer公式，可以根據(jù)譜線變寬的量估算晶粒在該衍射方向上的厚度。

 

    非晶質(zhì)衍射圖的特征是：在整個掃描角度范圍內(nèi)(從2θ1°~2°開始到幾十度)只觀察到被散射的X射線強(qiáng)度的平緩的變化，其間可能有一到幾個最大值;開始處因為接近直射光束強(qiáng)度較大，隨著角度的增加強(qiáng)度迅速下降，到高角度強(qiáng)度慢慢地趨向儀器的本底值。從Scherrer公式的觀點看，這個現(xiàn)象可以視為由于晶粒極限地細(xì)小下去而導(dǎo)致晶體的衍射峰極大地寬化、相互重疊而模糊化的結(jié)果。晶粒細(xì)碎化的極限就是只剩下原子或離子這些粒子間的"近程有序"了，這就是我們所設(shè)想的"非晶質(zhì)"微觀結(jié)構(gòu)的場景。非晶質(zhì)衍射圖上的一個最大值相對應(yīng)的是該非晶質(zhì)中一種常發(fā)生的粒子間距離。