2.-EBSD晶体学与织构基础

Page1©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL晶体学与织构基础简介第二讲Page2©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL（一）晶体学基础一、晶体的性质二、空间点阵三、晶体结构四、晶体取向Page3©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL一、晶体的性质晶体是原子(包括离子，原子团)在三维空间中周期性排列形成的固体物质。晶体具有以下共同性质：1.均匀性2.各向异性3.自范性4.对称性5.稳定性Page4©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL二、空间点阵空间点阵：人们总是可以把构成晶体的最小单元（原子、原子团或分子）抽象为一种几何点，这种几何点在空间有规则地作周期性无限分布就构成了空间点阵Page5©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL二、空间点阵布喇菲点阵按照旋转对称性和平移对称性，经过数学推证而得（布喇菲）Page6©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL晶系点阵参数布拉菲点阵名称三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠90°简单三斜单斜a≠b≠cα=γ=90°≠β简单单斜底心单斜正交a≠b≠cα=β=γ=90°简单正交底心正交体心正交面心正交四方a=b≠cα=β=γ=90°简单四方体心四方菱形a=b=cα=β=γ≠90°简单菱形六方a＝b≠cα=β=90°γ=120°简单六方立方a=b=cα=β=γ=90°简单立方体心立方面心立方二、空间点阵14种布喇菲点阵Page7©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL三、晶体结构空间点阵+基元=晶体结构空间点阵：14种布喇菲点阵基元:原子或原子团或分子Page8©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALabcabc晶体结构点阵结构三、晶体结构Fe原子Al原子Page9©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALarcrbrαβγ晶轴：arbrcr点阵常数：a、b、c晶轴夹角：αβγ三、晶体结构几个重要参数Page10©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL（110）（111）（210）｛110｝｛111｝｛210｝晶面指数晶向指数〔100〕〔010〕〔001〕〔110〕〔111〕（hkl）{hkl}[uvw]uvw三、晶体结构几个重要参数Page11©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL晶带轴及晶带定律Page12©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL四、晶体的取向1.晶体取向的概念2.晶体取向的表示方法及其相互转换3.EBSD晶体取向的测定Page13©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALxyz001010100设空间有一个X、Y、Z三个相互垂直的坐标轴组成的直角坐标系A，再设一个立方晶系坐标系e。两个坐标系的排列方式是三个晶体方向分别同与之平行的X、Y、Z坐标轴同向。1.晶体取向的概念AePage14©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=333222111coscoscoscoscoscoscoscoscos*********γβαγβαγβα＝ccbcaccbbbabcabaaag⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡γβαγβαγβα=333222111coscoscoscoscoscoscoscoscosg这个矩阵称为：方向余弦矩阵就是两个坐标系静态位置的坐标变换矩阵1.晶体取向的概念Page15©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL从“动态”来讲，晶粒的取向是一种旋转操作的结果，按照晶粒取向表示方法，就是用3个欧拉角对应的转动表示。（φ1、Φ、φ2）第一次：绕〔001〕（ND）转φ1角第二次：绕新的〔100〕（RD）转Φ角第三次：绕新的〔001〕（ND）转φ2角Page16©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL2.晶体取向的表示方法及其相互转换③取向矩阵⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡802030805120535075303840268058107680.........ltwksvhru①Miller指数：{ND}RD={hkl}uvw={123}63-4②Euler角:（φ1,Φ,φ2)=(59°,37°,63°)④轴角对:θ[r1,r2,r3]=56.6°/(0.2450.590,0.769)Page17©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage18©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL（二）材料织构基础1.织构的概念2.织构与材料的性能3.晶体投影4.极图与极图分析5.取向分布函数(ODF)织构表征Page19©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL1.织构的概念多晶材料中晶体取向分布状态明显偏离随机分布的现象织构是指多晶材料中晶粒取向的择优分布！Page20©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL2.织构与材料的性能织构对材料性能有显著的影响,而产生影响的根源在于单晶体的各向异性!例如:织构对力学性能、物理性能、化学性能和核性能的影响存在各向异性，就需要EBSD来表征取向！Page21©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL2.织构与材料的性能(1)织构与力学性能Page22©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL2.织构与材料的性能(2)织构与物理性能Page23©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL2.织构与材料的性能(3)织构与化学性能Page24©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL3.晶体投影晶体投影一般指晶体的某一方向按一定的方式（极射赤面或等面积）在试样坐标系中某一平面上的投影；标准投影是指将一特定的晶面作为投影面而得到的该晶体其它晶体学方向在该投影面上的投影。Page25©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL3.晶体投影Page26©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL3.晶体投影Page27©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL4.极图与极图分析如果把一多晶体内所有晶粒的某一晶面{hkl}法向都作球面投影后再作极射赤面(通常选择样品板面,或样品的测试面)投影,那么就会在投影面上得出许多点来。把每个点所代表的晶粒体积作为这个点的权重，则这些点在球面上的加权密度分布称为极密度分布。球面上极密度分布在赤面上的投影分布图被称为极图。根据极密度的高低可算出赤面投影后的极图密度分布。再根据具体情况画出等密度线，即可制成通常分析织构所用的极图Page28©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL4.极图与极图分析Page29©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL假如多晶体内无织构，极密度分布在整个球面的分布将是均匀的。反之，极密度分布在极图上不均匀，有些地方极密度值会比较高。RDND4.极图与极图分析Page30©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL｛111｝极图{001}100织构{214}121织构4.极图与极图分析]211)[110(织构Page31©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL4.极图与极图分析Page32©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL4.4.极图与极图分析极图与极图分析注意几点:(1)极图的测绘(2)极图的正确使用(3)极图的补充(反极图)(4)极图的缺陷Page33©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL4.4.极图与极图分析极图与极图分析((注意几点）注意几点）a.不能以点代线；b.核对投影面，TD-RD;TD-ND;RD-NDPage34©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL4.4.极图与极图分析极图与极图分析((注意几点）注意几点）反极图也是表示织构的一种图形，它是把选定方向（例如板材的轧制平面法线方向，或轧制方向，或轧制的横向，或丝材的轴向等）在各个晶粒内的出现情况，进行统计，绘出其分布规律的一种极射赤面投影图。具体讲：晶体中各个晶粒与选定的方向均有一定位相关系，先将各个晶粒进行转动，使它们都转到标准极射赤面投影图的位置（晶粒的（001）平行于投影面，〔100〕极点竖直向上），选定方向也随之转动。将选定方向的新位置按其分布规律标注在标准极射赤面投影图上。只需绘在极射赤面投影图的一个基本三角形上。这样一张选定方向分布的图，称为反极图(3)极图的补充(反极图)Page35©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL冷轧黄铜板的反极图a轧制平面法线方向b轧制方向)110](211[)110](001[)111](211[4.极图与极图分析Page36©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL高纯镍退火后的再结晶织构4.极图与极图分析(3)极图的补充(反极图)Page37©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL5.取向分布函数(ODF)织构表征极图和反极图都是用二维图像描述晶体三维的取向分布，均有必然的不足之处。特别是在织构复杂和漫散的情况下，可能会造成误判。为了弥补极图和反极图的不完善，20世纪60年代后期由H.J.Bunge和R.J.Roe各自提出用三个参数描述织构的方法，即三维取向分布函数（ODF）采用空间取向g（φ1、Φ、φ2）的分布密度f（φ1、Φ、φ2），可以表示整个空间的取向分布。Page38©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALg（φ1、Φ、φ2）Φφ2φ15.取向分布函数(ODF)织构表征Page39©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL5.取向分布函数(ODF)织构表征Page40©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL5.取向分布函数(ODF)织构表征Page41©OxfordInstruments2012CONFIDENTIAL5.取向分布函数(ODF)织构表征组分{hkl}uvw铜，C112111903545S123634593763高斯,G01110004590黄铜,B011211354590立方0011000001ϕφ2ϕPage42©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage43©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage44©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage45©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage46©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage47©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage48©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage49©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage50©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage51©OxfordInstruments2012CONFIDENTIALPage52©OxfordInstruments2012CONFIDEN