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EBSD技术入门简介,姚 宗 勇,2008.1.10,2/93,2008年1月10日,提 纲,1. 晶体学及织构基础,2. 工程材料的织构控制,3. EBSD的原理及应用,4. EBSD数据处理演示,3/93,2008年1月10日,1. 晶体学及织构基础,2. 工程材料的织构控制,3. EBSD的原理及应用,4. EBSD数据处理演示,4/93,2008年1月10日,1.1 取向(差)的定义及表征,晶体的[100]-[010]-[001]坐标系CCS相对于样品坐标系SCS：RD(rolling direction, 轧向)-TD(transverse direction, 横向)-ND (normal direction,法向)（或X-Y-Z）的位置关系5/93,2008年1月10日,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),,取向差的定义,,取向,,取向差,6/93,2008年1月10日,(1) Rotation matrix G (2) Miller indices (3) Euler angles (4) Angle/axis of rotation (5) Quaternion,取向(差)的表征,7/93,2008年1月10日,(1) Rotation matrix G,The rotation of the sample axes onto the crystal axes, i.e. CCS = g . SCS,1, 1, 1 are angles between [100] and X, Y, Z 2, 2, 2 are angles between [010] and X, Y, Z 3, 3, 3 are angles between [001] and X, Y, Z,8/93,2008年1月10日,(2) Miller Indices,(hkl)[uvw] , (hkl)||轧面, [uvw]||轧向 {hkl} Miller指数族 For a cubic crystal structure, (hkl)[uvw] 等效于 [hkl]||Z and [uvw]||X,9/93,2008年1月10日,Examples – Miller Indices,10/93,2008年1月10日,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。

Euler角（φ1 , Φ, φ2)的物理意义：,(3) Euler angle,11/93,2008年1月10日,(4) Angle/Axis of Rotation,° 常用于表示取向差 可由旋转矩阵G得到,,,86°,86° Mg合金中常见孪晶,12/93,2008年1月10日,(5) Querternion 不是很理解,四元素法：(Q0,Q1,Q2,Q3)，在计算晶粒的平均取向有用13/93,2008年1月10日,（1）取向矩阵G：,（4）轴角对：(n1, n2, n3)θ=(0.842,-0.779,-0.966)48.6°,（5）四元素法：(Q0,Q1,Q2,Q3)=(0.911,0.231,-0.214,-0.265),（2）Miller指数：{ND}={hkl}={123},（3）Euler角:（φ1 , Φ, φ2)=(301.0°,36.7°,26.7°),S取向的5种表示,14/93,2008年1月10日,取向表达的数学互换,G矩阵=,,,Miller 指数{hkl},轴角对,四元素法,(φ1 , Φ, φ2),,,,,,15/93,2008年1月10日,取向的等价形式,对于立方晶体，每个取向有24种等价形式: (301, 36.7, 26.7)=(123)[63-4],1 301 36.7 26.7 2 121 143.3 153.3 3 153.1 57.731 161.484 4 333.1 122.269 18.516 5 121 143.3 333.3 6 301 36.7 206.7 7 333.1 122.269 198.516 8 153.1 57.731 341.484 9 301 36.7 116.7 10 232.962 105.576 146.34 11 121 143.3 63.3 12 52.962 74.424 33.66 13 301 36.7 296.7 14 52.962 74.424 213.66 15 121 143.3 243.3 16 232.962 105.576 326.34 17 232.962 105.576 56.34 18 153.1 57.731 71.484 19 52.962 74.424 123.66 20 333.1 122.269 108.516 21 52.962 74.424 303.66 22 153.1 57.731 251.484 23 232.962 105.576 236.34 24 333.1 122.269 288.516,16/93,2008年1月10日,织构的定义：多晶体中晶粒取向的择优分布。

织构与取向的区别：多与单的关系1.2 织构的定义及表征,织构决定材料性能的典型例子：取向硅钢的Goss高斯织构(110)[001]控制，汽车深冲IF钢{111}织构控制，饮料罐用AA3104板材的制耳控制、高压阳极电容铝箔的Cube织构控制，超导带材的镍基带的Cube织构控制等等17/93,2008年1月10日,取向电工钢，又称为冷轧取向硅钢英文名称：Grain Oriented Flatrolled Electrical Steel 冷轧取向硅钢是指含2.9％～3.5％Si，钢板晶体组织有一定规律和方向的冷轧电工钢含碳量不超过0.08%，可含有不超过1.0%的铝，所含其他元素的比例并不使其具有其他合金钢的特性；厚度不超过0.56毫米；呈卷状的，则其可为任何宽度；呈板状的，则其宽度至少是厚度的十倍 一般指具有高斯织构的单取向硅钢片，即（110）晶面平行于轧制面、[001]晶向平行于轧制方向的硅钢取向电工钢，又称为冷轧取向硅钢英文名称：Grain Oriented Flatrolled Electrical Steel 冷轧取向硅钢是指含2.9％～3.5％Si，钢板晶体组织有一定规律和方向的冷轧电工钢。

含碳量不超过0.08%，可含有不超过1.0%的铝，所含其他元素的比例并不使其具有其他合金钢的特性；厚度不超过0.56毫米；呈卷状的，则其可为任何宽度；呈板状的，则其宽度至少是厚度的十倍 一般指具有高斯织构的单取向硅钢片，即（110）晶面平行于轧制面、[001]晶向平行于轧制方向的硅钢 用途 取向电工钢是电力工业行业不可缺少的一种软磁材料，主要应用于各种类型变压器、整流器、电抗器及大电机等行业，用于制造各类变压器的铁芯 生产流程 取向电工钢：矿石---炼铁---炼钢---热轧---酸洗—冷轧---退火---冷轧硅钢（取向电工钢） 冷轧卷板：矿石---炼铁---炼钢---热轧---酸洗—冷轧---退火---冷轧卷板 生产具有高斯织构的硅钢，关键在于利用二次再结晶为了实现二次再结晶，通常需要在合金中添加正常晶粒长大抑制剂，如MnS等晶粒长大抑制剂必须能以参杂的形式弥散地分布在合金基体内，在二次再结晶发生时，能够有效地阻止基体晶拉的正常长大，同时，又要求在最后的高温退火中可方便地消除掉，以免恶化产品的磁性能在二次再结晶中、二次晶粒长大的取向核主要依靠适当的冷轧工艺和再结晶退火来产生由于相变会破坏晶粒取向，因此在热处理过程中保持单相至关重要。

18/93,2008年1月10日,X射线法测出的织构表示出整体织构分布及各类织构数量，但不能表明它们在样品（各类织构）中是怎样分布的 微观织构描述了一群晶粒的取向在空间的位置关系，是组织与取向的结合，也称取向拓扑学19/93,2008年1月10日,极 图,晶面法线投影到球上，再投影到赤道面上 两种投影方法：上半球投影法和等面积投影法{001}极图的示意图,极图：某一特定{hkl}晶面（反映了晶体坐标系）在样品坐标系下的极射赤面投影主要用来描述板织构{hkl}根据极图的定义，很容易的看出，它表示的是晶体坐标系与样品坐标系的关系20/93,2008年1月10日,反 极 图,先将样品坐标轴投影到球上，再投影到赤道面上 常用：上半球投影法和立体投影法With cubic crystal symmetry, all possible orientations of a single direction can be displayed in a “triangle” (left) defined by projections of the , and directions of an {001} cube (above),反极图：样品坐标系在晶体坐标系中的投影。

一般描述丝织构21/93,2008年1月10日,（3）取向分布函数图ODF用于精确表示织构取向分布函数图,22/93,2008年1月10日,立方取向的{100}、{110}、{111}极图,例如：铜型织构{111}反极图,织构的表示方法-例子,23/93,2008年1月10日,Brass,Copper,S,Cube,Goss,24/93,2008年1月10日,织构的等价形式,{hkl} 晶体对称性：24种形式 样品对称性：4种 {hkl} {hk-l} {hlk} {hl-k} 但对于特殊的织构： Cube：1 重样品对称性，24种形式 Goss ：1 重样品对称性，24种形式 Brass：2 重样品对称性，48种形式 S： 4 重样品对称性，96种形式 Copper: 2 重样品对称性，48种形式,25/93,2008年1月10日,常见理想织构,再结晶织构：Cube 冷轧织构：Brass，S和Copper织构 拉伸织构：和//拉拔方向 冷墩织构：高层错能(Cu):，低层错能(Cu-30%Zn)同时出现,26/93,2008年1月10日,27/93,2008年1月10日,1.3 织构的检测方法,（1）X射线法、中子衍射法,28/93,2008年1月10日,（2）TEM及菊池花样分析技术（TEM/SAD/MBED/CBED）,29/93,2008年1月10日,（3）SEM/EBSD方法,30/93,2008年1月10日,（4）三维X射线显微分析技术,测量块状样品内部的晶体结构及取向 用晶体衍射的方法 需要一个高能量的同步辐射X射线设备 ESRF, Hamburg （德国汉堡） 对块状材料三维微观结构的完整表征 10mm厚 铝样品 2mm厚 钢样品,31/93,2008年1月10日,32/93,2008年1月10日,X射线衍射、中子衍射：定量测定材料宏观织构 SEM及电子背散射衍射(EBSD) ：微观组织表征及微区晶体取向测定(空间分辨率可达到0.1μm) TEM及菊池衍射花样分析技术：微观组织表征及微区晶体取向测定(空间分辨率可达到30nm) 三维同步辐射X射线显微分析：块状样品的晶体结构及取向的无损测定（3维空间分辨率2 x 2 x 2mm3 ）,织构分析测试技术的比较,33/93,2008年1月10日,1. 晶体学及织构基础,2. 工程材料的织构控制,3. EBSD的原理及应用,4. EBSD数据处理演示,34/93,2008年1月10日,Metal substrate,Buffer layers,YBCO,,,,,,（a）单轴织构 （b）双轴织构,常用基带材料,纯Ni 镍基合金—Ni-V,Ni-W,Ni-Cr。