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金鉴李工:电子背散射衍射(EBSD)技术:金属学、陶瓷学...

kaikai 2023-12-11 10:40:46

在扫描电子显微镜(SEM)领域,电子背散射衍射(EBSD)技术已经成为金属、陶瓷和地质科学家们分析材料的显微结构和织构的重要工具。EBSD系统的进步,特别是自动化花样分析和显微镜电子束及样品台的精确控制,使得对样品表面进行线扫描或面扫描变得快速而自动化。通过这些技术,可以迅速从采集的数据中生成取向成像图(OIM)、极图和反极图,并计算取向(差)分布函数。这意味着在短时间内可以收集到大量关于样品的晶体学信息,包括但不限于织构和取向差异分析、晶粒大小和形态分布、晶界特性、亚晶和孪生界面的性质、应变和再结晶分析、相识别以及相比例计算等。EBSD之所以在多种材料的研究中得到广泛应用,正是因为它能提供这些丰富的晶体学信息。

1. 织构及取向差分析

极图分析

在极图表示法中,采用轧向(RD)、横截面方向(TD)和轧面法线(ND)构建一个参考坐标系。以此为基础,将晶粒的特定晶面{hkl}在参考球上的极点位置绘制出来,接着对这些极点在球面上的密度进行加权,并将其投影到赤道平面上。这样得到的赤道平面上的密度分布图,即称作{hkl}极图。

{111}标准极图

左图与标准图对比,可知该样品中有较强的Brass织构

反极图反极图是一种与极图相反的表示方法。它以晶体坐标系的[100]、[010]、[001]为参考坐标系,将轧向(RD)方向(或横截面方向TD、轧面法线ND)进行极密度投影。
观察该材料经过退火后的织构特征,可以发现强烈的{110}//ND和{111}//RD织构,次强的{101}//RD织构。取向分布函数

另外,为了便于分析和比较,常常将所选取的取向空间特定截面上的取向分布函数值绘制成等密度线的形式,在平面图上展示。对于面心立方金属的轧制织构,通常选取φ2=45°的ODF横断面图,以揭示各种织构的特点。

在左图中,我们可以与标准图进行比较,发现存在两种类型的织构:黄铜织构(Br){110} <112> 欧拉角[55°90°45°]和反高斯织构(RG){110} <110> 欧拉角[0°90°45°]。

除了可以进行微织构分析外,EBSD还可以进行织构梯度的分析。通过对多个区域进行微织构分析,可以获得宏观织构信息。

EBSD技术还可用于取向关系测量的各种应用,包括推断第二相和基体之间的取向关系、穿晶裂纹的结晶学分析、单晶体的完整性评估、微电子内连使用期间的可靠性研究、断口面的结晶学分析、高温超导体中沿结晶方向的氧扩散、形变研究和薄膜材料晶粒生长方向的测量。

由于EBSD测量了样品中每个点的取向信息,因此可以研究不同点或不同区域之间的取向差异,从而探究晶界或相界等界面的特性。


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