x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，中能x射线发生装置，晶体可以作为x射线的空间衍射光栅，即一束x射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析衍射结果，便可获得晶体结构。
对于晶体材料，当待测晶体与入射束呈不同角度时，那些满足布拉格衍射的晶面就会被检测出来，体现在xrd图谱上就是具有不同的衍射强度的衍射峰。对于非晶体材料，由于其结构不存在晶体结构中原子排列的长程有序，只是在几个原子范围内存在着短程有序，故非晶体材料的xrd图谱为一些漫散射馒头峰。
（1）当材料由多种结晶成分组成，需区分各成分所占比例，中能x射线发生装置厂家，可使用xrd物相鉴定功能，分析各结晶相的比例。
（2）很多材料的性能由结晶程度决定，可使用xrd结晶度分析，确定材料的结晶程度。
（3）新材料开发需要充分了解材料的晶格参数，使用xrd可快捷测试出点阵参数，中能x射线发生装置，为新材料开发应用提供性能验证指标。
（4）产品在使用过程中出现断裂、变形等失效现象，可能涉及微观应力方面影响，中能x射线发生装置供应商，使用xrd可以快捷测定微观应力。
（5）纳米材料由于颗粒细小，极易形成团粒，采用通常的粒度分析仪往往会给出错误的数据。采用x射线衍射线线宽法(谢乐法)可以测定纳米粒子的平均粒径。
x射线衍射仪分为单晶衍射仪和多晶衍射仪两种。单晶衍射仪的被测对象为单晶体试样，主要用于确定未知晶体材料的晶体结构。基本原理：在一粒单晶体中原子或原子团均是周期排列的。将x射线（如cu的kα辐射）射到一粒单晶体上会发生衍射，由对衍射线的分析可以解析出原子在晶体中的排列规律，也即解出晶体的结构。
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