EBSD技术原理及系统构成
ebsd
x
x0
2
y
y0
2
D
1
2
x y
x0 y0
M
cr be
h2
k2Leabharlann l21 2h
k
D
l
式中， Mcr→be是衍射放大矩阵，-1/2是对 长度归一化处理。通过屏幕上3已知的晶 带轴晶向指数和他们在屏幕上的3组坐标 求出Mcr→be。最终取向矩阵是以上两个的 乘积：g M besa • M crbe
2) 选区电子通道花样： 微区范围 10 -15 um 产生花样的区域1-3mm
电子通道花样的标定
L—末级透镜至晶体表面的距离 M—花样放大倍数 W—荧光屏上某衬度带的宽度
EBSD技术
EBSD技术
EBSD技术相关原理 EBSD应用及数据处理
电子背散射衍射分析技术
基于扫描电镜（SEM）中电子束在倾斜 样品表面激发出并形成的衍射菊池带的 分析从而确定晶体结构、取向及相关信 息的方法。
[u1v1w1][u2v2w2][u3v3w3]
量出3晶带轴与屏幕中心的距离并算出对应的 角度，在计算它们与投影面法线的夹角关系， 从而求出样品法向指数[hkl]
cos1
u1h v1k +w1l u12 v12 w12 • h2 k 2 l 2
cos2
u2h v2k +w2l u22 v22 w22 • h2 k 2 l 2
EBSD的工作原理、结构及操作
1.电子背散射衍射分析技术(EBSD/EBSP)简介20世纪90年代以来，装配在SEM上的电子背散射花样(Electron Back-scatt ering Patterns，简称EBSP)晶体微区取向和晶体结构的分析技术取得了较大的发展，并已在材料微观组织结构及微织构表征中广泛应用。
该技术也被称为电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction，简称EBSD)或取向成像显微技术(O rientation Imaging Microscopy，简称OIM) 等。
EBSD的主要特点是在保留扫描电子显微镜的常规特点的同时进行空间分辨率亚微米级的衍射（给出结晶学的数据）。
EBSD改变了以往织构分析的方法，并形成了全新的科学领域，称为“显微织构”—将显微组织和晶体学分析相结合。
与“显微织构”密切联系的是应用EBS D进行相分析、获得界面（晶界）参数和检测塑性应变。
目前，EBSD技术已经能够实现全自动采集微区取向信息，样品制备较简单，数据采集速度快(能达到约36万点/小时甚至更快)，分辨率高(空间分辨率和角分辨率能分别达到0.1m和0.5m)，为快速高效的定量统计研究材料的微观组织结构和织构奠定了基础，因此已成为材料研究中一种有效的分析手段。
目前EBSD技术的应用领域集中于多种多晶体材料—工业生产的金属和合金、陶瓷、半导体、超导体、矿石—以研究各种现象，如热机械处理过程、塑性变形过程、与取向关系有关的性能（成型性、磁性等）、界面性能（腐蚀、裂纹、热裂等）、相鉴定等。
2.EBSD系统的组成与工作原理图1 EBSD系统的构成及工作原理系统设备的基本要求是一台扫描电子显微镜和一套EBSD系统。
EBSD采集的硬件部分通常包括一台灵敏的CCD摄像仪和一套用来花样平均化和扣除背底的图象处理系统。
图1是EBSD系统的构成及工作原理。
在扫描电子显微镜中得到一张电子背散射衍射花样的基本操作是简单的。
ebsd分析
ebsd分析标题：电子束扫描电镜（EBSD）分析技术及其应用摘要：电子束扫描电镜（Electron Backscatter Diffraction，EBSD）技术是一种先进的材料分析方法，通过使用电子束与材料进行相互作用，可以获得非常精细的微观结构和晶粒取向信息。
本文将介绍EBSD分析技术的基本原理、仪器设备和应用领域，以及其在材料科学、金属学、地质学等领域的研究和应用情况。
一、引言随着科学技术的不断发展，材料科学领域对于微观结构和晶体取向的研究需求也越来越高。
电子束扫描电镜（Electron Backscatter Diffraction，EBSD）分析技术作为一种强大的工具，广泛应用于材料科学、金属学、地质学等多个领域，并取得了显著的研究成果。
二、EBSD分析技术的基本原理EBSD技术是通过在电子束与材料之间的相互作用中获得微观结构和晶粒取向信息的一种方法。
通常在电镜中加入一个称为EBSD探测器的装置，用于收集材料中散射的电子，并将其转换为位相信号。
在电镜中，电子束可以与材料发生弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指电子束与材料中的原子核或电子云发生相互作用，并改变其传播方向，而非弹性散射则是指电子束与材料中的物质发生相互作用，如发生能量损失或多普勒效应等。
通过分析这些散射的电子，可以获取材料的晶粒取向信息和微观结构。
三、EBSD分析技术的仪器设备EBSD分析需要使用电子束扫描电镜（SEM）和EBSD探测器等设备。
SEM通过向样品表面精确聚焦电子束，可以获得样品的表面形貌信息。
EBSD探测器则将散射的电子转化为位相信号，并通过相关的软件进行数据分析和处理。
同时，为了获得更准确的分析结果，还需要对样品进行制备，如打磨、镀膜等。
四、EBSD在材料科学中的应用EBSD分析技术在材料科学中有广泛的应用。
首先，它可以用于确定材料的微观组织特征，如晶粒形貌、晶粒大小、晶界分布等。
这对于材料性能的研究和优化具有重要意义。
EBSD技术原理及系统构成
EBSD技术原理及系统
康
伟
2008.10 西工大
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EBSD —— 扫描电镜附件之一
• 安装于电子显微镜 （场 发射或钨灯丝电镜）或者 电子探针上的EBSD系统 示意图 • 一般来说，EBSD探头垂 至于电子束光轴和样品台 倾斜轴安装
(100)
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(111)
通过分析EBSP花样我们可以反过来推出电子束照射点的晶体学取向 The Business of Science™
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即使花样相似，仍然 可以根据由带宽、带 间夹角计算得到的晶 面间距的细微差别来 鉴别
晶体学－微观结构表征
七大晶系,14种点阵,晶带轴,晶面族…… 空间群,Laue群,Wyckoff formulae… 极图,反极图,取向差分布图……
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取向差及表征
两个晶体坐标系之间的关系 – crystal coordinate system for crystal 1 (CCS1) – crystal coordinate system for crystal 2 (CCS2)
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EBSPs 的产生机理
EBSD的工作原理结构及操作
EBSD的工作原理结构及操作EBSD全称为电子背散射衍射（Electron BackscatterDiffraction），是一种通过分析电子背散射衍射模式来获取材料晶体结构信息的技术。
它有效地结合了电子显微镜和X射线衍射的优点，具有高分辨率、低损伤、大尺寸范围和材料相组成信息等特点。
EBSD的工作原理基于电子束的相互作用和散射行为。
当电子束照射到材料表面时，一部分电子通过弹性散射返回到探测器上，形成背散射衍射图样。
这些电子经历了物理、电子和磁场散射，产生了衍射纹样。
EBSD通过分析和解释这些衍射图样，可以获取材料的晶体结构信息和晶体取向。
EBSD的结构主要包括电子显微镜、电子束激发系统、电子背散射检测系统和计算机数据处理系统。
电子显微镜是EBSD系统的主要部件，它提供高分辨率的成像功能和电子束对材料表面的激发。
电子束激发系统产生高能量的电子束并控制其扫描方向和扫描速度。
电子背散射检测系统用于收集和记录背散射衍射图样，它一般包括光学显微镜、背散射探测器和互动器。
计算机数据处理系统对采集到的衍射图样进行处理、解析和分析，得到所需的晶体结构和取向信息。
EBSD的操作步骤一般包括样品制备、样品放置和显微镜调整、样品扫描和收集衍射图样、数据处理和分析。
在样品制备方面，需要把材料切割成薄片、抛光并清洁表面。
将样品放入电子显微镜的样品台上，并调整显微镜的对焦、放大倍数、对比度等参数，以获得清晰的图像。
接下来，在适当的电子束参数下，对样品进行扫描，收集并记录背散射衍射图样。
最后，利用计算机软件对收集到的图样进行处理和分析，提取出材料的晶体结构信息和取向数据。
EBSD广泛应用于材料科学、凝聚态物理、地质学、金属学等领域。
在材料科学中，EBSD可以用于研究材料的微观结构、晶粒取向、晶体成长等问题。
在地质学中，EBSD用于分析和解释岩石、矿物的晶体结构和成因。
在金属学中，EBSD可以用于评估金属的晶体取向、应力状态和组织演变等。
EBSD技术及其应用
EBSD技术及其应用EBSD 即电子背散射衍射(菊池衍射) ,是采用在扫描电子显微镜中的背散射电子衍射菊池线的结晶方位分析方法。
EBSD 技术在研究显微组织的结晶学特征方面已经成为一个强有力的工具。
显微组织和结晶学传统分析方法有光学显微镜OM ,扫描电镜SEM 及以SEM 为基础的选区电子通道花样SAC ,X射线衍射,透射电镜TEM。
与传统的分析技术相比,EBSD 有几大优点: ①将显微组织与结晶学之间直接联系起来; ②能快速和准确地得到晶体空间组元的大量信息; ③能以比较广泛的范围选择任意视野。
装备有EBSD 附件的扫描电子显微镜SEM ,可以对块状样品在亚微米级尺度内进行晶体结构分析,如晶体取向、晶界特性分析、真实晶粒尺寸测量、断裂机制、失效机理研究和应变评估等。
1．EBSD的原理入射电子束在晶体中发生非弹性散射,在入射点附近发散成为一个点源,由于其能量损失很少,电子的波长可认为基本不变,这些电子在反向出射时与晶体产生布拉格衍射(电子背散射衍射) ,出现一些线状花样,称为菊池线。
菊池线敏感于晶体取向,是晶体结构的重要衍射信息,不同晶面的衍射菊池线组成电子背散射衍射花样( EBSP),由此可以进行微结构分析。
EBSD 分析技术包括两个基本过程,一是在SEM 下获取EBSD 数据,二是根据需要将原始数据以不同方式表达出来,即将晶体结构、取向等相关数据处理成各种统计数据、图形或图像。
EBSD 分析放入样品室的样品经大角度(一般为65～70°)倾转后,入射电子束与样品表层区发生作用,在一次背散射电子与点阵面的相互作用中产生高角衍射,形成高角菊池花样(与透射电镜的透射方式下形成的菊池花样有一定差别) ,由衍射锥体组成的三维花样投射到低光度磷屏幕上,在二维屏幕上被截出相互交叉的菊池线。
菊池花样被CCD 相机接收,经过图像处理器处理(如信号放大、加和平均,背底扣除等) ,由抓取图像卡采集到计算机中,计算机通过Hough变换,自动确定菊池线的位置、宽度、强度、带间夹角,与对应的晶体学库中的理论值比较,标定出对应的晶面指数与晶带轴,并计算出所测晶粒晶体坐标系相对于样品坐标系的取向。
EBSD技术
1.菊池带宽度对应正比于衍射晶面面间距 2.不同菊池带夹角代表晶面间夹角 所以可以由此确定晶体结构以及空间位置
不同晶体取向对应不同的菊池花样
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取向标定
确定菊池带或晶带轴的晶带学指数 确定这些带或极轴相对于样品坐标系的相对 取向
指标化举例： 红线衍射晶面； 红线交点代表晶带轴
与其他方法的对比
方法 技术 空间分辨率/ 精度/(°) 应用 TEM MBED微束电子衍射 SAD选取衍射 EBSD背散射电子衍射 SAC选区通道花样衍射 Micro_Kossel Micro_Laue 汇聚束Laue {111}浸蚀坑法 浸蚀坑法 0.05 1 <1 10 10 10 100 1 20~100 0.2 5 1 0.5 0.5 2 2 5~10 >10 亚晶、形变 不均匀区、 再结晶核 亚晶 晶粒 晶粒 晶粒 粗晶 晶粒 粗晶
完整标定过程
采集花样
图像处理及 菊池带识别
与数据库进行相及取向的 对比
校对并给出标定结 果
输出相及 取向结果
样品制备
制备
1.只取向成像时可不浸蚀，直接用电解抛光样品浸 蚀；样品过重倾则转后高低不平，影响菊池花样的 质量，常用电解抛光。 2.一般的金属样品机械抛光后电解抛光； 3.脆性材料可以采用解理表面； 4.对于导电性较差的材料表面需要喷镀一层较薄的 碳膜以增加样品的导电性。 。
样品要求
1. 需要绝对取向时外观坐标系要准确，尺寸
1cm3左右 2. 样品表面没有积聚灰尘或者其他的颗粒； 3. 样品没有收到潮湿的影响； 4. 样品表面没有划痕或遭受其他严重的变形。
测定时易出现的问题
ebsd在材料研究领域的应用 -回复
ebsd在材料研究领域的应用 -回复E B S D在材料研究领域的应用引言：材料科学和工程领域一直致力于开发新材料和改进现有材料的性能，以满足社会发展和人民需求。
在这个过程中，材料的微观结构分析是至关重要的，而电子背散射衍射（E B S D）技术正是一个强大的工具。
本文将介绍E B S D技术在材料研究领域的应用，并逐步回答有关这一主题的问题。
一、什么是电子背散射衍射（E B S D）技术？电子背散射衍射技术是一种用来研究晶体结构和晶界定向的显微分析技术。
它基于从材料表面散射的电子，通过检测散射电子的角度和能量来获得材料的微观结构信息。
E B S D技术通常与扫描电子显微镜（S E M）结合使用，可以提供具有亚微米空间分辨率的晶体学信息。
二、E B S D技术的工作原理是什么？E B S D技术的工作原理可以分为以下几个步骤：1.样品制备：将研究材料切割成适当尺寸的样品，并通过抛光和腐蚀等方法使样品表面平整且清晰可见。
2. E B S D数据采集：将样品放入S E M中，并调整S E M参数以获得高质量的图像。
然后，通过在样品表面扫描一束电子束，记录电子与样品之间发生的背散射事件的信息。
3.数据处理：将采集到的电子背散射数据传输到计算机中，进行图像重建和晶界分析，从而获得样品的晶体学信息和晶界定向。
4.结果分析：根据数据处理的结果，进行晶体结构分析、晶界观察和晶格畸变分析，以得出关于材料性能和行为的结论。
三、E B S D技术在材料研究领域的应用：E B S D技术具有广泛的应用领域，下面将从材料性能和演变、微观结构表征以及材料设计和优化三个方面介绍其应用。
1.材料性能和演变研究：E B S D技术可以帮助研究人员理解材料的力学性能和变形演变过程。
通过分析晶体中的晶界定向、晶格畸变和晶体学拓扑等信息，可以研究材料的晶体成长和变形过程。
这对于开发新材料、改善材料强度和延展性非常重要。
2.微观结构表征：E B S D技术可以提供材料微观结构的详细信息，如晶体晶向、晶界分布和晶格畸变等。
EBSD技术解析
样品要求
1. 需要绝对取向时外观坐标系要准确，尺寸
1cm3左右 2. 样品表面没有积聚灰尘或者其他的颗粒； 3. 样品没有收到潮湿的影响； 4. 样品表面没有划痕或遭受其他严重的变形。
测定时易出现的问题
样品台移动：与X-ray对比，不足之处是统计性不 够，样品台移动是扩大分析区域的途径，特别硅 钢二次再结晶晶粒直径很大可达毫米，样品台移 动范围受限。 步长选择：与晶粒大小有关。步长过大，图上马 赛克严重，过小，测量时间过长，一般以小晶粒 可以测5个点以上为宜。 动态聚焦不好，菊池带不清晰，盲点增多。 图像漂移：电流过大，样品导电不良。 倾转后，屏幕左右亮度不均，可能样品表面不平
回到扫描电镜图像分析模式，使电镜处在最快的 扫描速度，在EBSD系统计算机上进行菊池花样 的扣背底； 再转回到点模式，看扣背底后的菊池带效果，并 调整图像处理器上或其软件窗口的亮度，衬度， 优化菊池带； EBSD控制计算机上启动EBSD数据获取软件，创 建存储数据的文件名，调入参照对比用的晶体学 库文件，同时调入探头的校正文件（calibration file）。
EBSD技术特点
同时展现晶体材料微观形貌，结构、取向分布； 具有高的分辨精度（纳米级），特别是与场发射 （FEG）枪扫描电子显微镜配合使用时精度高； 与TEM电子显微镜相比，样品制备简单，可直接 分析大块样品 统计性差的不足可由计算机运算速度的不断加快 来弥补，既具有透射电镜方法的微区分析的特点 又具有X光衍射(或中子衍射)对大面积样品区域进 行统计分析的特点
1.菊池带宽度对应正比于衍射晶面面间距 2.不同菊池带夹角代表晶面间夹角 所以可以由此确定晶体结构以及空间位置
不同晶体取向对应不同的菊池花样
ebsd在材料研究领域的应用
ebsd在材料研究领域的应用eBSD（Electron Backscatter Diffraction）是一种非常强大的技术工具，可用于材料研究领域。
它结合了电子显微镜和晶体学分析技术，可用于分析材料的晶体学性质。
本文将介绍eBSD在材料研究中的应用，并逐步回答与此相关的问题。
一、什么是eBSD技术？eBSD技术是通过电子显微镜中的底散射电子（Electron Backscattered Electrons）来分析材料的晶体学性质。
底散射电子是在电子束与样品之间发生散射后返回到探测器的电子。
这些电子的能量和角度信息包含了样品的晶体学信息。
二、eBSD技术的原理是什么？当电子束与样品中的原子相互作用时，底散射电子的角度和能量由样品中原子的晶体结构和化学成分决定。
底散射电子会根据布拉格散射定律和散射几何来发生散射。
eBSD技术通过捕捉、分析和解释底散射电子的图案，可以确定样品的晶体学结构、晶粒取向和织构。
三、eBSD技术在材料研究中的应用有哪些？1. 晶体定位与取向分析：eBSD技术可以用于确定材料中晶粒的定位和取向分布。
通过分析底散射电子的图案，可以得到材料中晶粒的取向信息，从而研究晶体的生长、形变、晶界等特性。
2. 相变研究：eBSD技术可用于研究材料的相变行为。
通过监测晶粒的取向和形貌的变化，可以了解材料在不同条件下的相变机制，如晶格位错产生和移动、相界面的形成等。
3. 晶体缺陷分析：eBSD技术可用于分析材料的晶体缺陷。
通过对底散射电子图案的分析，可以确定晶体中的晶格缺陷类型（如晶界、位错、孪晶等），并进一步研究其对材料性能的影响。
4. 晶体纹理研究：eBSD技术可以用于研究材料的晶体纹理分布。
通过分析底散射电子的图案，可以推断材料中晶粒取向的分布和织构性质，从而了解材料的力学性能、磁性能、导电性能等方面的特性。
5. 相容性研究：eBSD技术可用于研究不同材料之间的相容性。
通过对材料界面处底散射电子图案的分析，可以确定材料之间的晶界类型、取向关系和应变尺度，从而研究材料的界面反应和界面相互作用行为。
电子背散射衍射
电子背散射衍射1电子背散射衍射的简介电子背散射衍射（Electron Back-Scatter Diffraction，EBSD）是晶体结构分析的一种传统方法，它是以电子束来替代X射线用于形变观察，广泛应用于金属材料组织及多孔性材料研究。
EBSD在研究中用于主动探测分子结构，其系统可以仅由单个晶体单元测定，从而可以以极低的效率读取电子微结构信息。
相比于X射线衍射，EBSD在晶体结构观察方面有较强的应用效果，特别是在研究深处球形低密度晶体和无晶格结构的材料的表征。
2基本原理EBSD是将电子束抛射到被观察的样品上，电子的射线的反射波会振动各个位置的原子，产生一个和电子光的特性提供的计算机图形表示的尖峰信号，收集这些尖峰信号可以计算出该样品晶体结构的方位。
EBSD是一种非破坏测试方法，可以准确获取样品的晶体结构信息，非常适合大面积测量。
在确定晶体结构时可以使用点状法，也可以使用条状法，其中点状法对非晶质样品、复杂结构样品和小尺寸样品更有效。
3主要用途1、EBSD用于研究晶体和低晶体的空间组织和多孔性，在于探测和辨识复杂的晶体结构和力学行为；2、EBSD用于研究金属材料和非晶质样品的晶界行为，例如调控材料厚度，研究其形变和特殊缺陷后的晶界演变状态；3、EBSD用来识别材料表面质量，分析迁移缺陷和外加压力的影响；4、EBSD也用于研究产品的性能，测量非晶态材料的非晶核尺寸和分布；5、EBSD也可以用来研究工程材料的拉伸性能，模型推导的工艺优化设计；6、EBSD对于研究织物纤维表面构造和孔洞分布，有很高的效率；7、EBSD也常用于研究表面磨损和磨耗性能，了解材料抗冲量等性能指标。
4问题和发展虽然EBSD技术具有很多优点，但存在一些问题，比如它的测量速度较慢，并且需要做许多设置，这可能会对科学家应用EBSD技术造成一定影响。
另外，由于EBSD需要较多的信号来绘制空间晶体结构图形，仅使用一个检测器可能无法获得足够的信号，因此EBSD的数据量会比一般电子显微镜大。
电子背散射衍射(EBSD)简介-2007
内 容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
理论基础 仪器组成和测试流程 EBSD的主要功能简介 EBSD方法在地质学上的应用 EBSD与其它方法的比较 本实验室的前期工作 构造地质学应用EBSD的实例
一、理论基础
1. 电子背散射衍射花样（EBSP）
块状样品上产生的电子背散射衍射 花样（ electron backscatter diffraction pattern，EBSP）与薄膜（thin foils）在 透射电镜（ TEM ）中形成的菊池衍射花 样（Kikuchi diffraction patterns）有很多 相似点，都是建立在高能电子束轰击样 品时产生的一系列复杂的反应基础上。
1. Fe-Ti氧化物的鉴定
上图：铁钛氧化物三角图解（Dunlop & Ozdemir, 1997) 左上：合成钛铁氧化物的SEM和EDX分析 左下：钛铁氧化物的EBSPs及其标定结果 From Franke C. et al., Geophys. J. Int. (2007) 170, 545–555
其它相关信息
样品变形程度 样品中的主要矿物组成及其颗粒度 测量矿物的电子探针数据及其分析结果 测量矿物的晶体对称性、空间群、晶胞参数（a, b, c & α, β, γ）和原子位置 （这些数据可以从矿物数据库中获取）
电子背散射衍射（EBSD）测试流程示意图
榴辉岩（MB98-08）EBSD面扫描的测量数据
From Massonne H.-J. & Neuser R. D., Mineralogical Magazine, 2005
显微构造定量研究（quantification of microstructures）
背散射电子衍射EBSD
EBSD技术还可以用于研究金属材料在加工、热处理和服役过程中的微观结构演化。通过EBSD技术，可以观察到 晶粒的形核、长大、粗化等现象，以及晶界的迁移、旋转和扭曲等行为，为金属材料的优化设计和性能提升提供 重要依据。
陶瓷材料的相变研究相变Fra bibliotek究EBSD技术也可以用于陶瓷材料的相变研究。通过EBSD技术，可以观察陶瓷材 料在加热或冷却过程中的相变行为，包括相的形核、长大和转变等现象。这些 信息对于陶瓷材料的制备工艺和性能优化具有重要意义。
EBSD技术通过收集和分析这些衍射花样，可以获得样品的晶体取向、晶界类型 和晶体结构等信息。
EBSD的应用领域
材料科学
EBSD技术在材料科学领域广泛应用于金属、陶瓷、 复合材料等材料的晶体结构和织构分析。
地质学
在地质学领域，EBSD技术用于研究岩石、矿石和 矿物的晶体结构和形成过程。
生物学
在生物学领域，EBSD技术用于研究生物组织的晶 体结构和功能。
、晶体结构、相组成等。
数据收集与处理
01
02
03
数据整理
将采集到的数据进行整理， 筛选出质量较高的衍射点 进行分析。
数据可视化
将数据以图像、图表等形 式进行可视化展示，以便 更好地理解和分析材料的 晶体结构。
结果分析
根据数据分析结果，对材 料的晶体结构、相组成、 织构等进行深入分析，并 得出相应的结论。
实现高通量表征
通过自动化和高通量的EBSD技术，可 以对大量材料样品进行快速、高效的 晶体结构表征，为材料基因组计划提 供强大的数据支持。
EBSD在新型材料研发中的应用
新型功能材料研究
EBSD技术可以用于研究新型功能材料 的晶体结构和相组成，有助于深入理 解材料的物理和化学性质，促进新型 功能材料的研发和应用。
ebsd原理
ebsd原理EBSD（Electron Backscatter Diffraction）是一种通过电子背散射衍射技术来研究材料晶体结构和晶粒取向的方法。
它是一种非常强大的显微组织分析技术，可以在纳米尺度上获取晶体学信息。
在材料科学和工程领域，EBSD技术被广泛应用于金属、合金、陶瓷、半导体等材料的研究和分析中。
EBSD技术的原理基于电子与晶体结构的相互作用。
当高能电子束照射到样品表面时，部分电子会被样品中的原子散射。
这些散射的电子会呈现出特定的衍射图样，这些图样包含了关于晶体结构的信息。
通过收集和分析这些衍射图样，可以确定材料中晶粒的取向、晶界的性质以及位错等信息。
EBSD技术的关键是利用电子显微镜来获取高分辨率的衍射图样，并通过计算机软件对这些图样进行处理和分析。
在实际应用中，EBSD技术通常与扫描电子显微镜（SEM）结合使用，这样可以在显微镜下直接观察样品表面的形貌，并获取与晶体学相关的信息。
EBSD技术在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于研究材料的晶粒取向分布，从而揭示材料的微观组织特征。
其次，EBSD技术还可以用于分析材料的相变、位错分布、应变状态等重要参数，为材料性能的优化提供重要依据。
此外，EBSD技术还可以用于研究材料的疲劳、蠕变、再结晶等变形行为，为材料加工和工程应用提供支持。
总的来说，EBSD技术作为一种先进的材料显微组织分析技术，对于理解材料的微观结构和性能具有重要意义。
随着电子显微镜和计算机软件的不断发展，EBSD技术将会在材料科学和工程领域发挥越来越重要的作用，为新材料的研发和应用提供强大的支持。
在实际应用中，EBSD技术需要结合丰富的材料学知识和专业的分析技能。
研究人员需要对材料的组织结构、晶体学理论和电子显微镜操作有着深入的了解，才能准确地进行样品的制备和分析。
同时，对于EBSD数据的处理和解释也需要一定的专业知识和经验，以确保分析结果的准确性和可靠性。
(完整版)EBSD电子背散射衍射
•在一些新领域也逐渐开展了t-EBSD应用，如地质 科学，薄膜表征和超导体等
EBSD的发展
目录
Contents
• EBSD可以在观测微观组织结构的同时，可 快速、统计性地获得多晶体中各晶粒的取 向信息，从而将宏观统计性分析与微观局 域性分析完美结合；
• 制样相对简单，可以研究样品的较大区域 (数平方厘米)，因而数据更能够代表研究 样品的总体特征；
三个相互独立的定轴转动
欧拉角(ψ1、Φ、ψ2)物理意义： 第一次：绕ND轴旋转ψ1角； 第二次：绕RD轴旋转Φ角； 第三次：绕ND轴旋转ψ2角。
这时样品坐标轴和晶体坐标轴重合。
目录
Contents
晶体学基础
2.3 极图
极图是表示某一取向晶粒的某一选定晶面｛hkl｝ 在包含样品坐标系方向的极射赤面投影图上的位置 的图形。
目录
Contents
3D-EBSD
结合了 FIB–focussed ion beam milling EBSD–electron backscatter diffraction 生成3D的微观结构信息
EBSD的发展
目录
Contents
3D EBSD with fast EBSD mapping
Sample: Copper 51 layers 0.2um resolution in X, Y and Z Number of voxels: 101x91x51
• 一个晶粒相对于其周边其他晶粒的取向差变 RD(rolling dir- ection, 轧向) TD(transverse direction, 横向) ND (normal direction,法向)
EBSD的原理和应用
EBSD的原理和应用1. EBSD简介Electron Backscatter Diffraction (EBSD)，即电子背散射衍射技术，是一种用于材料研究和表征的先进分析技术。
通过对材料表面或断口的电子背散射模式进行分析，可以获得许多重要的材料特征信息，如晶体结构、晶体取向、晶缺陷等。
2. EBSD的原理EBSD技术基于电子背散射现象，利用电子束的入射和背散射模式，通过形成二维或三维的衍射斑图，进一步分析材料的晶体学特性。
EBSD原理的基本步骤如下：1.电子束入射：加速电子束射到样品表面，与样品相互作用。
2.背散射电子的生成：部分电子以背散射的形式从样品中返回，形成背散射电子图案。
3.背散射电子图案的采集：通过电子探测器或CCD相机等设备捕获背散射电子图案。
4.衍射斑图的处理：利用图像处理软件对背散射电子图案进行处理，得到衍射斑图。
5.晶体学参数计算：通过分析衍射斑图，获取晶界、晶体取向、晶格畸变等晶体学参数。
3. EBSD的应用EBSD技术在材料科学和工程领域有广泛应用，以下是一些主要应用领域：3.1 晶体取向分析•通过EBSD技术可以对材料中晶体的取向分布进行定量分析。
•可用于晶体轴、晶体面的测量和分析。
•可用于研究材料中的晶体取向关系、晶体生长机制等。
3.2 相变研究•EBSD技术可对材料中的相变行为进行研究。
•可用于相变前后晶体取向的变化、晶粒生长等研究。
3.3 晶界和晶格畸变分析•EBSD技术可用于定量分析材料中的晶界特征，如晶界密度、晶界能等。
•可以测量和分析材料中的晶格畸变情况。
3.4 材料性能评估•EBSD技术可用于评估材料的织构、塑性变形等性能。
•可用于研究材料的疲劳行为、断裂机制等。
3.5 新材料研究•EBSD技术可用于新材料的结构与性能分析。
•可以对金属、合金、陶瓷等各类材料进行研究。
4. EBSD的优势和局限性4.1 优势•EBSD技术可以提供高分辨率和定量的晶体结构信息。
EBSD技术原理及系统构成
EBSD技术原理及系统构成EBSD（Electron Backscatter Diffraction）技术是一种通过电子背散射衍射分析晶体结构的方法。
它利用电子束与晶体的相互作用产生的背散射衍射图样，通过对这些图样的分析，可以获得晶体的晶格参数、晶体取向、晶界等信息。
EBSD技术在材料科学、地质学、金属学、晶体学等领域得到广泛应用。
EBSD技术的原理是基于动态散射理论，即当电子束入射到晶体表面时，与晶体原子的相互作用会产生背散射，这种背散射会形成衍射图样。
通过测量衍射图样中的倾斜角度，可以得到晶体的倾斜角度，进而分析晶体的取向、晶体形貌、晶界等信息。
首先是电子显微镜（SEM），它提供了一个高分辨率、高放大倍数的观察平台。
SEM中的电子枪发射出的电子束被聚焦，并通过扫描线圈进行扫描，从而形成显微图像。
SEM的特点是具有高空间分辨率和较大的深度视场。
其次是EBSD检测系统，它是通过将电子束入射到晶体上，观察背散射的衍射图样来获得晶体结构的信息。
EBSD检测系统由一个电子束探测器、一个扫描极、一个倾斜装置和一个输入输出模块组成。
电子束探测器是EBSD系统的核心部分，它能够捕捉到晶体背散射的衍射图样，并将其转化为数字信号。
常见的电子束探测器有康普顿探测器和透射探测器。
康普顿探测器通过测量电子散射的能量损失来确定电子束的角度，透射探测器则通过测量电子的入射角度和出射角度来确定晶体的倾斜角度。
扫描极的作用是将电子束扫描在晶体表面上，以获取较大面积的背散射衍射图样。
扫描极通常由电磁铁制成，可以控制电子束的位置和方向。
倾斜装置用于在样品平面上调整电子束的入射角度，以便观察不同倾斜角度下的背散射图样。
常见的倾斜装置有旋转台和倾斜台。
最后是数据处理系统，它是用于分析和处理EBSD获得的数据。
数据处理系统通常包括图像处理软件和晶体学软件。
图像处理软件用于将EBSD采集的图像转化为数字信号，并进行去噪、对比度调整等处理。
EBSD的工作原理及应用范围
EBSD的工作原理及应用范围工作原理EBSD（Electron Backscatter Diffraction）是一种研究材料晶体结构和晶体取向的技术，利用电子的回散射衍射来分析材料的晶体结构参数。
EBSD通常与扫描电子显微镜（SEM）结合使用，通过探测在材料表面反射的电子衍射图样，来研究材料的晶体取向、位错和晶界等信息。
EBSD的工作原理可以总结为以下几个步骤：1.制备样品：将待研究的材料制备成片状或薄膜状，以便观察材料表面的电子衍射图样。
2.装载样品：将样品安装到扫描电子显微镜中的样品台上，使其能够被电子束照射。
3.显微镜设置：调整显微镜的参数，如电子加速电压、探测器的位置和角度等，以获取最佳的电子衍射图样。
4.电子束照射：通过扫描电子显微镜发射出的电子束照射到样品表面，激发样品中的原子。
5.回散射电子探测：探测在样品表面回散射的电子，这些电子的能量和角度可以提供有关材料晶体结构和取向的信息。
6.数据分析：将探测到的电子衍射图样与已知的标准数据进行比较，通过模式匹配来确定样品的晶体结构参数。
应用范围EBSD技术具有广泛的应用范围，在材料科学和工程领域发挥着重要作用。
以下是EBSD技术的几个主要应用领域：1.晶体取向分析：EBSD技术可以用来确定材料的晶体取向，包括晶体的晶轴方向、晶面指数和晶体取向分布等。
这对于研究材料的力学性能、热处理过程以及材料的微观结构起着重要作用。
2.晶界和位错研究：EBSD技术可以用于定量分析材料中的晶界和位错。
晶界指的是晶体之间的界面，在多晶材料中具有重要的影响。
位错是材料晶体中的扭曲或缺陷，也对材料的性能产生影响。
EBSD可以提供有关晶界和位错的信息，帮助研究人员了解材料的结构和性能。
3.相变研究：EBSD技术可以用来研究材料的相变过程，包括晶体生长、晶界迁移和相变动力学等。
通过跟踪材料中的晶胞重构和晶粒生长等现象，可以揭示材料相变的机制和动力学行为。
4.动态行为研究：EBSD技术可以用于研究材料的动态行为，如材料的塑性变形、断裂机理和界面反应等。
ebsd技术的原理和应用
EBSD技术的原理和应用1. EBSD技术的概述EBSD（Electron Backscatter Diffraction）技术是一种基于电子背散射衍射的显微学技术，主要应用于材料科学领域。
通过分析样品上的电子背散射模式，可以获取关于材料晶体结构、晶粒取向和晶界等信息。
EBSD技术在材料研究、金属工艺和晶体学等领域都有广泛的应用。
2. EBSD技术的原理EBSD技术的原理基于电子的背散射衍射现象。
当电子束在样品表面与晶体结构相互作用时，背散射电子会根据样品的晶格结构在不同的方向上发生衍射。
通过检测这些衍射电子的角度和能量信息，可以得到关于晶体结构的信息。
EBSD技术通常使用电子衍射仪来收集衍射电子的信息。
电子束投射到样品表面后，背散射电子被一个特定的探测器所收集。
探测器会测量衍射电子的入射角度和散射角度，从而计算出样品的晶体结构和晶粒取向。
3. EBSD技术的应用EBSD技术在材料科学领域有许多应用。
下面列举了几个常见的应用领域：3.1 材料晶体学研究EBSD技术可以用于材料的晶体学研究。
通过对材料样品的不同区域进行EBSD 扫描，可以获取材料的晶粒取向和晶界信息。
这些信息对于理解材料的力学性能、相变行为和晶体生长机制等方面非常有价值。
3.2 金属工艺EBSD技术在金属工艺中有广泛的应用。
通过对金属材料的EBSD分析，可以评估材料的晶粒取向分布和晶界特征。
这对于优化金属加工工艺、改进材料强度和延展性等方面非常重要。
3.3 相变研究EBSD技术可以用于研究材料中的相变过程。
通过监测晶体结构的变化和晶界的演化，可以获得关于相变动力学和相界面迁移的信息。
这对于材料相变行为的理解和相变控制有着重要的作用。
3.4 器件失效分析EBSD技术可以用于器件失效分析。
通过对失效的器件进行EBSD扫描，可以确定晶体结构的缺陷和晶界的应变。
这对于确定器件失效的原因和改进器件设计有很大帮助。
4. 总结EBSD技术是一种基于电子背散射衍射的显微学技术，可以用于分析材料的晶体结构、晶粒取向和晶界等信息。
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通过分析EBSP花样我们可以反过来推出电子束照射点的晶体学取向 The Business of Science™
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即使花样相似，仍然 可以根据由带宽、带 间夹角计算得到的晶 面间距的细微差别来 鉴别
c
{200} {100} Body centred cubic Iron
[001] b [100] [010]
(011) {110}
[011]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
a
[00 1] [101] [201] [3 11] [100] [011] [111 ] [010]
Iron EBSP
<111> is central Note: <111> has 3 fold symmetry, but is close to 6 fold.
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Angle/Axis of Rotation
• • • °<uvw> 常用于表示取向差 可由旋转矩阵G得到
<1-210>
86°
86° <1-210> Mg合金中常见孪晶
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背散射电子像与背散射电子衍射
正空间: 背散射电子像－化学成分信息
硅半导体晶片：探测BES信号
倒易空间: 背散射电子衍射- EBSD花样 结构信息
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1954年，Alam, Blackman, Pashley. ‘High angle Kikuchi patterns.’ Proc. Royal Society of London. 较早报道了背反射条件下的衍射花样。 1967年，Coates第一次报道SEM下 观察到的菊池花样。 80~90年代 ，优化算法＋摄像技术＋ 计算机技术发展 才催化出EBSD技 术走向实用化。
2000
HKL offers own camera Nordlys 2002 Prior using HKL breaks 100p/s barrier 2004
EDAX acquires TSL 1999
EDAX/TSL 2004
Oxford 2004
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EBSD技术的由来与沿革 EBSD分析的技术背景 EBSP的产生机理与标定过程 EBSD应用领域及举例 EBSD的系统构成
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电子束在样品中的散射示意图
EBSD检测对样品表 面质量要求高： 微观平整？变质层？ 残余应变？镀膜？
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1990’s-2004
Schmidt - ECP 1986 Dingleyet al Phase ID 1989 Schmidt EBSP & founds HKL 1990 Kriger-Lassen et al use Hough 1992
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物相结构分析：矿物学领域 Niels Schmidt 博士，丹麦 HKL－Oxford 复杂晶体结构的EBSD花样的解析 1937胶片 Boersch
1928TEM kikuchi
Oxford,HKL, TSL 1986~ Automatic index 1977 Venables Indexed 晶体取向分析：金属材料学领域 V. Randle 博士， Oxford David Dingly博士， TSL－EDAX 晶界取向、界面取向差、晶体织构分析
SCS CCS1 CCS2
取向 The Business of Science™
取向差
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取向(差)的表征
(1) Rotation matrix G (2) Miller indices (3) Euler angles (4) Angle/axis of rotation (5) Quaternion
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Iron unit cell
Phosphor
Spherical Kikuchi map
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硅样品晶面电子衍射菊池线示意图
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Euler angle
Euler角（φ1 , Φ, φ2)的物理意义： 第一次：绕Z轴（ND） 转φ1 角 第二次：绕新的X轴（RD） 转Φ角 第三次：绕新的Z轴（ND） 转φ2角 这时样品坐标轴和晶体坐标轴重合。
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EBSD技术原理及系统
康
伟
2008.10 西工大
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EBSD —— 扫描电镜附件之一
• 安装于电子显微镜 （场 发射或钨灯丝电镜）或者 电子探针上的EBSD系统 示意图 • 一般来说，EBSD探头垂 至于电子束光轴和样品台 倾斜轴安装
Dingley "On-line determination of crystal..."1984
Link/Dingley 1986
1990
Schwarzer Orkid/ TEM 1993 Michael & Goehner PhaseID 1993
OIM - Adams 1993 Link/Oxford launches own product ?
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G矩阵=
(φ1 , Φ, φ2)
Miller 指数{hkl}<uvw>
轴角对
四元素法
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EBSD技术的由来与沿革 EBSD分析的技术背景 EBSP的产生机理与标定过程 EBSD应用领域及举例 EBSD的系统构成
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标定速度的发展
700 600 500
Nordlys F Nordlys F+
Indexing Speed (Hz)
400 300
Nordlys II or Nordlys S
200 100 0
1st CCD cameras
NordlysI
1990
1995
2000
2005
2010
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Oxford Instruments 1928年 Seishi Kikuchi 第一次观察到了 电子衍射形成的Kikuchi花样。
'P' pattern of calcite (Kikuchi, Japanese Journal of Physics, V, 2, 1928.) Thanks to Robert Schwarzer for the image 'P' pattern of mica (Kikuchi, Japanese Journal of Physics, V, 2, 1928.)
[210] [110]
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不同晶体取向对应不同的菊池花样
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