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EBSD提供什麽資訊

2024-02-07科學

電子背散射繞射(EBSD)提供的基本資訊相對簡單:

  • 每個分析點的物相辨識和確認
  • 每個分析點晶格的3D取向
  • EBSD技術以這兩個主要資訊為基礎,可以額外提供許多微觀組織的測量資訊,如下所示。EBSD技術的效能取決於多種因素,包括:樣品制備、掃描電子顯微鏡、電子束參數、EBSD探測器和軟件,以及樣品本身。雖然如此,下表還是給出了EBSD技術的數據和效能的一般指標:

    EBSD提供的微觀組織資訊

    大多數EBSD分析是完全自動化的,其中相和取向數據,可以從樣品表面由點組成的柵格區域中快速采集。然後利用這些數據,以相分布圖或取向分布圖的形式,重構微觀組織,並從這些數據中提取進一步的資訊。

    EBSD經常用於繪制樣品中相的分布並測量相的面積分數。區分不同的相,可以僅基於晶體學上的差異,也可能包含化學資訊(來自能譜儀,EDS)。典型的輸出是相分布圖,以及各個相對應的面積百分比,如下面的變形火成巖例項所示。EBSD還可以和EDS聯用,來幫助鑒定樣品中的未知物相(例如析出相)。這種「相鑒定」方法十分快捷,但是要求配備適合的物相數據庫,因此就其本身而言,並不是真正的物相鑒定。

    織構

    晶體取向數據是EBSD技術最基本的輸出數據,因此,它是測量織構(也稱為晶體擇優取向)的理想技術。EBSD速度快,並且同時提供空間分辨的資訊,因此我們能確定織構在樣品中的變化,這使得EBSD技術相比於其他織構分析手段,如XRD或中子繞射更具有優勢。但是,EBSD只能提供樣品表面的織構測量,除非結合原位切片分析的方法。織構測量是一系列樣品類別的典型分析方法,尤其是在金屬加工行業和地質科學(在地質科學中晶體擇優取向(CPO)用於推斷特定滑移系的啟動)。下面的例項展示的是,用極圖表示的增材制造Ti64合金中α-Ti織構。

    晶粒

    EBSD取向面分布圖提供了晶體學取向的空間分辨資訊,從中可以推匯出嚴格的晶粒尺寸和形狀。這些資訊包括:

  • 晶粒大小
  • 晶粒形狀/形貌
  • 晶粒平均取向
  • 晶粒內部取向變化
  • 孿晶比例
  • 所有這些資訊都可以繪圖成面分布圖,如下圖所示,或者用於嚴格的統計數據分析。基於EBSD數據的晶粒分析,有廣泛的套用:從金屬和合金加工的質素控制到納米尺度表面塗層的晶粒結構。最新的EBSD後處理軟件,能重構出位移型相變前的高溫相的晶粒結構(例如馬氏體鋼中的原奧氏體晶粒)。

    晶界

    從EBSD的取向測量結果,還可以推匯出樣品晶界的詳細晶體學資訊。這使得EBSD技術比其他技術更有優勢,因為它提供了有關晶界本質的完整資訊和完美的統計資訊。從EBSD面分布圖推匯出有關晶界的資訊包括:

  • 晶界取向差資訊
  • 晶界旋轉軸
  • 晶界跡線(晶界面完整取向可以使用3D-EBSD測量)
  • 特殊晶界辨識(例如:孿晶或重合位置點陣晶界(CSL))
  • 完整晶界長度統計
  • 以下例項影像來自於形變和熱處理後的Al-Mg合金。反極圖顯示了低角晶界(2° ~5°)的旋轉軸,明顯的偏聚於<111>軸。圖中紅色標註了取向差大於2°,且旋轉軸和<111>方向相差在5°之內的晶界。這種晶體學和空間資訊的結合,凸顯了一個事實,即:這種特殊的小角晶界,優先在視場最下面的晶粒中形成,可能是受到初始取向的控制。

    應變

    很多EBSD分析是為了表征和定量樣品中的應變。雖然可以透過高分辨EBSD(HR-EBSD)分析測量彈性應變,但是EBSD更常用來表征塑性應變。這可以透過多種方式來實作:

  • 局部晶格取向梯度(例如:KAM測量)
  • 幾何必需位錯(GND)密度
  • 晶內取向偏差
  • 晶內取向散布
  • 小角晶界分布
  • 利用EBSD研究形變和應變,在很多不同的套用領域都很常見,但對研究失效和裂紋擴充套件尤其有效。作為一個例項,下圖展示了雙相鋼樣品中裂紋尖端的塑性變形。