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EBSD

电子背散射衍射(EBSD)是一种基于扫描电子显微镜,对样品的微观组织进行分析、可视化和定量的技术。

样品的微观组织是什么,为什么重要?

微观组织是在微观尺度上观察到的材料的内部组织。对材料的内部特征(或结构)感兴趣是因为其影响材料的性能和行为。术语微观组织包括晶粒的识别和表征,观察材料中不同的相或化合物,如第二相,还需对元素的空间分布及晶粒内或晶粒间的界面进行分析。

表征微观组织是理解材料及其性能的基础。材料加工通过控制微观组织的产生,并最终影响材料性能。因此,微观组织在许多工业和研究领域越来越重要,例如:金属研究和加工(包括特殊金属和工程材料),开发可再生能源和太阳能电池,开发微电子和地质研究。

为什么使用EBSD?

EBSD是SEM上用于表征微观结构的成熟配件。因此,EBSD可应用于许多不同的应用领域,以帮助分析材料,如下表所示。

EBSD采集的数据是以空间分布的,并以面分布图和图片的方式使其可视化,易于显示样品的区域特征和非均匀性。EBSD可以用来研究特定的晶粒,局部织构变化和低含量的相。EBSD善于区分相,当与EDS结合使用时(当化学成分可用),能提供绝佳的物相鉴定。使用EBSD进行微观结构表征有许多优势,包括:

  • 空间信息,用面分布图和图片将结果可视化,可以达到几十nm的空间分辨率;
  • 晶粒尺寸,晶粒/亚晶粒及相分布等微观组织可视化;
  • 局部织构和晶粒取向差的可视化,从毫米到20纳米;
  • 宏观的织构分析;
  • 局部的应变分析;
  • 对微量相的准确鉴定,等等。

产业领域 材料 典型EBSD分析
金属研究与加工 金属,合金 晶粒尺寸
航空航天 金属间化合物 晶界表征
汽车 夹杂物/析出物/第二相 宏观织构
核工业 陶瓷 局部织构
微电子 薄膜 CSL晶界表征
地球科学 太阳能电池 再结晶/形变区分数
科学研究 地质 亚结构分析
  半导体 物相鉴别
  超导体 相分数/分布
  相变过程
  金属/陶瓷复合材料 断口分析
  骨,牙齿 晶粒/相之间的取向和取向差关系

表1 EBSD技术应用领域及典型分析功能的总结

EBSD是如何工作的?

电子背散射衍射(EBSD)是基于扫描电子显微镜(SEM)给出样品显微组织晶体学信息的技术。在EBSD测试中,电子束与倾斜的晶态样品作用,产生衍射形成花样,通过荧光屏采集。衍射花样由生成区域样品的晶体结构和取向决定。因此,衍射花样可以用来确定晶体取向、鉴别不同晶体结构的相,表征晶界,并提供局部晶体完美性的信息。

当电子束以网格形式扫描一个多晶样品,每个点的晶体取向可以测定,构成一个面分布图,就能揭示晶粒的形态,取向和边界。这些数据也能显示样品的择优取向(即织构)。 因此,利用 EBSD可以完整的、定量的表征微观组织。

本网站介绍了EBSD系统的工作原理,并给出了典型的EBSD实例分析结果。

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