绝大部分固态物质都是晶体或准晶体，它们能够对X射线产生各具特征的衍射。衍射是指入射到物体的一小部分射线出射时方向被改变了，但是波长仍保持不变的现象。用适当的方法把这些衍射线记录下来就得到花样各异的X射线衍射图谱。如同光栅对可见光产生的衍射花样取决于光栅的结构一样，每种对X射线产生衍射的物质，其X射线衍射图谱取决于该物质的结构，可以说每种物质的X射线衍射图里携带着丰富的该物质的结构信息。分析样品对X射线衍射产生的图谱，解读这些图谱，可以对样品的结构进行研究测定，“看清楚”它的结构，进而能够从结构的深度探究样品的性能、属性的根源，这就是X射线衍射分析法。这里的结构是广义的结构，它包括：物质材料的元素组成、成分(composition)、构造、组织(constitution)、结构(structure)、状态(state)等含义；狭义的结构，又分为微观、介观与宏观结构(micro-,mesoscopic-and macro-structure)，包括电子结构、晶体结构、各种缺陷结构、结构应变、晶粒尺寸、结晶度、材料的织构等。表达这种结构的参量都可能用x射线衍射分析方法得到。而物质材料的性能，包括力学性能、物理性能、化学性能等，这些外在的表观性能、属性归根到底都是由材料的广义结构所决定的。因此，能够对物质材料的结构进行分析测定的X射线衍射分析法，随着其理论的日臻成熟以及相关技术的发展，特别是计算技术、微电子学、各种新型射线检测器等高新技术的发展，日益受到重视。现在其应用已经渗透到广泛的领域和众多行业。X射线衍射分析法又是一种无污染、非破坏性的分析方法，样品准备操作简单，因而备受欢迎。具体应用包括以下几个方面^[2]。

1.物相分析

晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其x射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为其他物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化，将待分析物质的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相，就成为物相定性分析的基本方法。鉴定出各个相后，根据各相花样的强度正比于该组分存在的量(需要做吸收校正者除外)，就可对各种组分进行定量分析。目前常用衍射仪法得到衍射图谱，用粉末衍射标准联合会(JCPDS)负责编辑出版的粉末衍射卡片(PDF卡片)进行物相分析。常用的分析软件有Jade, Highscore, Eva等。

目前，物相分析存在的问题主要有：①待测物图样中的最强线条可能并非某单一相的最强线，而是两个或两个以上相的某些次强或第三强线叠加的结果。这时若以该线作为某相的最强线将找不到任何对应的卡片。②在众多卡片中找出满足条件的卡片，十分复杂而烦琐。虽然可以利用计算机辅助检索，但仍难以令人满意。③定量分析过程中，配制试样、绘制定标曲线或者K值测定及计算，都是复杂而艰巨的工作。为此，有人提出了可能的解决办法，认为从相反的角度出发，根据标准数据(PDF卡片)利用计算机对定性分析的初步结果进行多相拟合显示，绘出衍射角与衍射强度的模拟衍射曲线。通过调整每一物相所占的比例，与衍射仪扫描所得的衍射图谱相比较，就可以更准确地得到定性和定量分析的结果，从而免去了一些定性分析和整个定量分析的实验和计算过程。市售Topas软件用于XRD的定量分析，效果很好。

2.点阵常数的精确测定

点阵常数是晶体物质的基本结构参数，测定点阵常数在研究固态相变、确定固溶体类型、测定固溶体溶解度曲线、测定热膨胀系数等方面都得到了应用。点阵常数的测定是通过X射线衍射线的位置(θ)的测定而获得的，通过测定衍射花样中每一条衍射线的位置均可得出一个点阵常数值。

点阵常数测定中的精确度涉及两个独立的问题，即波长的精度和布拉格角的测量精度。波长的问题主要是X射线谱学家的工作，衍射工作者的任务是要在波长分布与衍射线分布之间建立一一对应的关系。知道每根反射线的米勒指数后就可以根据不同的晶系用相应的公式计算点阵常数。晶面间距测量的精度随θ角的增加而增加，θ越大得到的点阵常数值越精确，因而点阵常数测定时应选用高角度衍射线。误差一般采用图解外推法和最小二乘法来消除，点阵常数测定的精确度极限处在1×10^-5附近。

3.应力的测定

X射线测定应力以衍射花样特征的变化作为应变的量度。宏观应力均匀分布在物体中较大范围内，产生的均匀应变表现为该范围内方向相同的各晶粒中同名晶面间距变化相同，导致衍射线向某方向位移，这就是X射线测量宏观应力的基础；微观应力在各晶粒间甚至一个晶粒内各部分间彼此不同，产生的不均匀应变表现为某些区域晶面间距增加、某些区域晶面间距减少，使衍射线向不同方向位移，从而使其衍射线漫散宽化，这是X射线测量微观应力的基础。超微观应力在应变区内使原子偏离平衡位置，导致衍射线强度减弱，所以可以通过X射线强度的变化测定超微观应力。测定应力一般用衍射仪法。

X射线测定应力具有非破坏性，可测小范围局部应力，可测表层应力，可区别应力类型，测量时无须使材料处于无应力状态等优点，但其测量精确度受组织结构的影响较大，X射线也难以测定动态瞬时应力。

4.晶粒尺寸和点阵畸变的测定

若多晶材料的晶粒无畸变、足够大，理论上其粉末衍射花样的谱线应特别锋利，但在实际实验中，这种谱线无法看到。这是因为仪器因素和物理因素等的综合影响，使纯衍射谱线增宽了。纯谱线的形状和宽度由试样的平均晶粒尺寸、尺寸分布以及晶体点阵中的主要缺陷决定，所以对线形做适当分析，原则上可以得到上述影响因素的性质和尺度等方面的信息。

在晶粒尺寸和点阵畸变测定过程中，需要做的工作有两个：①从实验线形中得出纯衍射线形，最普遍的方法是傅里叶变换法和重复连续卷积法。②从衍射花样适当的谱线中得出晶粒尺寸和缺陷的信息。这个步骤主要是找出各种使谱线变宽的因素，并且分离这些因素对宽度的影响，从而计算出所需要的结果。主要方法有傅里叶法、线形方差法和积分宽度法。

5.单晶取向和多晶织构测定

单晶取向的测定就是找出晶体样品中晶体学取向与样品外坐标系的位向关系。虽然可以用光学方法等物理方法确定单晶取向，但X射线衍射法不仅可以精确地单晶定向，同时还能得到晶体内部微观结构的信息。一般用劳厄法单晶定向，其根据是底片上劳厄斑点转换的极射赤面投影与样品外坐标轴的极射赤面投影之间的位置关系。透射劳厄法只适用于厚度小且吸收系数小的样品；背射劳厄法就无须特别制备样品，样品厚度大小等也不受限制，因而多用此方法。

多晶材料中晶粒取向沿一定方位偏聚的现象称为织构，常见的织构有丝织构和板织构两种类型。为反映织构的概貌和确定织构指数，有三种方法描述织构：极图、反极图和三维取向函数，这三种方法适用于不同的情况。对于丝织构，要知道其极图形式，只要求出丝轴指数即可，照相法和衍射仪法是可用的方法。板织构的极点分布比较复杂，需要两个指数来表示，且多用衍射仪进行测定。

6.小角XRD的测定

对于一些微观结构长程有序的材料如介孔材料、液晶材料、层状材料等，当X射线在小角度范围(2θ=0～10^o)照射这些材料样品时，会得到特殊的小角XRD谱图，根据出峰位置可估算介孔孔径等参数。

7.定量分析

根据XRD实验结果，采用专门的XRD定量分析软件Topas，可计算样品中每一组分的含量，如水泥中各无机盐的含量。