第十四章__电子背散射衍射分析技术
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三个互相垂直的方向构成； 晶体坐标系(以立方晶体为例)， 由3个互相垂直的晶轴[100]、[010]和[001]组成，
ND [001]
[100] ω1 χ1 ψ1
RD
TD [010]
图14-5 样品坐标系和晶体坐标系各轴相互间的位置关系
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立
[001]
晶粒 A
[010] O
[100]
晶粒 B
图14-4 重合位置点阵构造示意图
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
二、相界面
结构或成分不同的两间的界面称为相界面。 相界面可分 为三种类型
1) 共格相界 界面上的原子同时位于两相晶格点阵的结点上， 此时界面两侧的两相存在取向关系； 界面附近常伴有晶格 畸变。合金脱溶分解初期形成的新相， 或两相点阵常数相 近，或晶体结构相同时，往往具有共格界面
Leabharlann Baidu
样品坐标系和晶体坐标系各轴间的关系可用夹角余弦表 示。由此可以构建一个方向余弦矩阵 g
cos1 g cos2
cos3
cos 1 cos 2 cos 3
cos1 cos2 cos3
(14-1)
式中，1, 2和 3 分别是样品坐标系RD与晶体坐标系[100]， [010]和[001]间夹角；1, 2和 3是TD与[100]，[010]和[001] 间夹角； 1, 2和3是ND与[100]，[010]和[001]间夹角
本章主要内容 第一节 概 述 第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础 第三节 电子背散射衍射技术硬件系统 第四节 电子背散射衍射技术原理及花样标定 第五节 电子背散射衍射技术成像及分析 第六节 电子背散射衍射技术数据处理
第一节 概 述
电子背散射衍射(EBSD)技术，开始于20世纪80年代，该技 术是基于扫描电子显微镜为基础的新技术
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
四、晶体取向数字表示方法及换算
晶体取向数字表示方法主要包括，指数、矩阵、欧拉角 和轴角对
1) 指数法 用(hkl)[uvw]表示， 即晶体中(hkl)晶面平行于板材 轧面，[uvw]方向平行于轧向
第一节 概 述
EBSD的发展大致经历以下几个阶段：
1928年，日本学者Kikuchi在透射电镜中，首次发现了带状 电子衍射花样，并对此衍射现象进行解释， 故称这种线条 花样为菊池花样
1972年，Venables和Harland在扫描电镜中，得到了背散射 电子衍射花样
20世纪80年代后期， Dingley得到了晶体取向的分布图。并 成功地将EBSD技术商品化
其中包括倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等，分见图14-1、 图14-2和图14-3
θ 晶粒 A
晶粒 B
图14-3 扭转晶界构造示意图
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
一、晶界类型
2) 大角度晶界 指相邻晶粒的取向差大于10的晶界
常见模型有，皂泡模型、过冷液体模型、 小岛模型和重合 位置点阵模型，重合位置点阵模型见图14-4、
2) 非共格相界 完全没有共格关系的界面。当两相的晶体结构 存在较大差别，或第二相尺寸较大时，两相间为此类界面
3) 部分共格相界 借助位错维持其共格性的界面。此类界面在 马氏体转变及外延生长晶体中较常见
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立 如图14-5，样品坐标系，由轧向RD、横向TD 、法向ND
利用此技术可以观察到样品的显微组织结构， 同时获得晶 体学数据，并进行数据分析
这种技术兼备了 X 射线统计分析和透射电镜电子衍射微区 分析的特点， 是X射线衍射和电子衍射晶体结构和晶体取 向分析的补充
电子背散射衍射技术已成为研究材料形变、 回复和再结晶 过程的有效分析手段，特别是在微区织构分析方面的应用
其中包括倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等，分见图14-1、
图14-2和图14-3
晶粒 A
晶粒 B
θ [010] Φ
Φ-θ/2
θ/2
晶粒 A 晶粒 B
图14-1 对称倾斜晶界示意图
Φ+θ/2 [100]
图14-2 不对称倾斜晶界示意图
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
一、晶界类型 1) 小角度晶界 指相邻晶粒位向差小于10的晶界，一般 2
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法
第十四章 电子背散射衍射分析技术
ND (a)
[001]
ND (b)
[001] φ1
O [100] RD
[010] TD
[010]
O
φ1
TD
φ1
[100]
RD
ND
ND
(c) [001]
(d)
[001]
[010]
Φ
[010]
φ2 Φ
φ2
O
Φφ1
φ1
TD
O
Φφ1
TD
φ1 φ2 [100]
Φ [100]
RD
RD
图14-6 用以描述晶体旋转的欧拉角
该矩阵为正交矩阵，其中有3个分量是独立的， 只需3个独立
分量即可确定晶体取向。但用此方法反映晶体取向比较复杂
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立
用样品坐标系和 晶体坐标系各轴间的夹角表示晶体取向 比较繁琐，且不够清晰。 为此可利用晶体旋转角度构建晶体 取向特征
旋转表示法用欧拉角描述晶体取向，欧拉角用3个独立的旋转
20世纪90年代初， 成功研究出自动计算取向、 有效图像处 理以及自动逐点扫描技术，之后能谱分析和EBSD分析的有 效结合使相鉴定更加有效和准确
2000年以后， EBSD标定速度的大幅提升，加快了EBSD的 发展和推广
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
一、晶界类型
1) 小角度晶界 指相邻晶粒位向差小于10的晶界，一般 2
角度1、 和2 表示
初始位置，晶体的[100]、[010]和[001]分别与样品坐标系RD、
TD和ND重合； 晶体旋转过程为， 首先晶体绕[001]旋转1， 再绕[100]旋转，最后绕[001]旋转2。这3个角度即欧拉角
具体的旋转操作如图14-6所示
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立 图14-6 所示为晶体绕晶轴旋转的欧拉角
ND [001]
[100] ω1 χ1 ψ1
RD
TD [010]
图14-5 样品坐标系和晶体坐标系各轴相互间的位置关系
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立
[001]
晶粒 A
[010] O
[100]
晶粒 B
图14-4 重合位置点阵构造示意图
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
二、相界面
结构或成分不同的两间的界面称为相界面。 相界面可分 为三种类型
1) 共格相界 界面上的原子同时位于两相晶格点阵的结点上， 此时界面两侧的两相存在取向关系； 界面附近常伴有晶格 畸变。合金脱溶分解初期形成的新相， 或两相点阵常数相 近，或晶体结构相同时，往往具有共格界面
Leabharlann Baidu
样品坐标系和晶体坐标系各轴间的关系可用夹角余弦表 示。由此可以构建一个方向余弦矩阵 g
cos1 g cos2
cos3
cos 1 cos 2 cos 3
cos1 cos2 cos3
(14-1)
式中，1, 2和 3 分别是样品坐标系RD与晶体坐标系[100]， [010]和[001]间夹角；1, 2和 3是TD与[100]，[010]和[001] 间夹角； 1, 2和3是ND与[100]，[010]和[001]间夹角
本章主要内容 第一节 概 述 第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础 第三节 电子背散射衍射技术硬件系统 第四节 电子背散射衍射技术原理及花样标定 第五节 电子背散射衍射技术成像及分析 第六节 电子背散射衍射技术数据处理
第一节 概 述
电子背散射衍射(EBSD)技术，开始于20世纪80年代，该技 术是基于扫描电子显微镜为基础的新技术
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
四、晶体取向数字表示方法及换算
晶体取向数字表示方法主要包括，指数、矩阵、欧拉角 和轴角对
1) 指数法 用(hkl)[uvw]表示， 即晶体中(hkl)晶面平行于板材 轧面，[uvw]方向平行于轧向
第一节 概 述
EBSD的发展大致经历以下几个阶段：
1928年，日本学者Kikuchi在透射电镜中，首次发现了带状 电子衍射花样，并对此衍射现象进行解释， 故称这种线条 花样为菊池花样
1972年，Venables和Harland在扫描电镜中，得到了背散射 电子衍射花样
20世纪80年代后期， Dingley得到了晶体取向的分布图。并 成功地将EBSD技术商品化
其中包括倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等，分见图14-1、 图14-2和图14-3
θ 晶粒 A
晶粒 B
图14-3 扭转晶界构造示意图
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
一、晶界类型
2) 大角度晶界 指相邻晶粒的取向差大于10的晶界
常见模型有，皂泡模型、过冷液体模型、 小岛模型和重合 位置点阵模型，重合位置点阵模型见图14-4、
2) 非共格相界 完全没有共格关系的界面。当两相的晶体结构 存在较大差别，或第二相尺寸较大时，两相间为此类界面
3) 部分共格相界 借助位错维持其共格性的界面。此类界面在 马氏体转变及外延生长晶体中较常见
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立 如图14-5，样品坐标系，由轧向RD、横向TD 、法向ND
利用此技术可以观察到样品的显微组织结构， 同时获得晶 体学数据，并进行数据分析
这种技术兼备了 X 射线统计分析和透射电镜电子衍射微区 分析的特点， 是X射线衍射和电子衍射晶体结构和晶体取 向分析的补充
电子背散射衍射技术已成为研究材料形变、 回复和再结晶 过程的有效分析手段，特别是在微区织构分析方面的应用
其中包括倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等，分见图14-1、
图14-2和图14-3
晶粒 A
晶粒 B
θ [010] Φ
Φ-θ/2
θ/2
晶粒 A 晶粒 B
图14-1 对称倾斜晶界示意图
Φ+θ/2 [100]
图14-2 不对称倾斜晶界示意图
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
一、晶界类型 1) 小角度晶界 指相邻晶粒位向差小于10的晶界，一般 2
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法
第十四章 电子背散射衍射分析技术
ND (a)
[001]
ND (b)
[001] φ1
O [100] RD
[010] TD
[010]
O
φ1
TD
φ1
[100]
RD
ND
ND
(c) [001]
(d)
[001]
[010]
Φ
[010]
φ2 Φ
φ2
O
Φφ1
φ1
TD
O
Φφ1
TD
φ1 φ2 [100]
Φ [100]
RD
RD
图14-6 用以描述晶体旋转的欧拉角
该矩阵为正交矩阵，其中有3个分量是独立的， 只需3个独立
分量即可确定晶体取向。但用此方法反映晶体取向比较复杂
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立
用样品坐标系和 晶体坐标系各轴间的夹角表示晶体取向 比较繁琐，且不够清晰。 为此可利用晶体旋转角度构建晶体 取向特征
旋转表示法用欧拉角描述晶体取向，欧拉角用3个独立的旋转
20世纪90年代初， 成功研究出自动计算取向、 有效图像处 理以及自动逐点扫描技术，之后能谱分析和EBSD分析的有 效结合使相鉴定更加有效和准确
2000年以后， EBSD标定速度的大幅提升，加快了EBSD的 发展和推广
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
一、晶界类型
1) 小角度晶界 指相邻晶粒位向差小于10的晶界，一般 2
角度1、 和2 表示
初始位置，晶体的[100]、[010]和[001]分别与样品坐标系RD、
TD和ND重合； 晶体旋转过程为， 首先晶体绕[001]旋转1， 再绕[100]旋转，最后绕[001]旋转2。这3个角度即欧拉角
具体的旋转操作如图14-6所示
第二节 电子背散射衍射技术相关晶体学基础
三、晶体取向坐标系建立 图14-6 所示为晶体绕晶轴旋转的欧拉角