Sophie Yan Ph.D
严琴舫 博士
我的家人,朋友,或者同学往往关切的问我,你现在做什么?我往往觉得难以回答。当然不同的人有不同的答案。我曾经对着我的一堆表亲们说出EBSD的全称,然后他们面面相觑。每一个字都清楚无误的听到,但是没有相关背景,每一个词都不能理解。曾经的同学或者工作伙伴,我可以说的更深入一点。即便如此,确认过眼神,大多是不懂的人。
自我成为EBSD应用以来,好象我常常做EBSD扫盲或推广。我决心让我以后的工作变得更简单一点。
EBSD(Electron Backscatter Diffraction)的全称是电子背散射衍射,解决的是关于材料内部晶体取向的问题。所谓晶体,材料原子、离子或分子长程有序的排列才叫晶体,我们常见的玻璃,即使有着水晶般透明的外形,却因为其内部结构排列无序,不是晶体。那为什么要关心晶体的取向?因为晶体的取向与性能息息相关。如下图1,木材有不同的下一纹理取向。劈柴的时候从左边这个方向劈下去很容易,而换一个方向就困难得多。也就是说,想象我们所用的材料,总是如右图这般受力,那岂不是会耐用得多……
我们有专业名词形容这个,叫作各向异性。从字面意义上来看,就可以明白说的是不同方向表现出来的材料性能不同。这个是宏观上的性能,从微观结构来看,是由于材料的一个个小结构单元(此处应为晶粒)的取向分布不同。若为随机分布,则各向同性,如下左图。或不为随机分布,而是出现某一方面的择优,如下右图,则各向异性。此处可引入另一概念,织构(texture),就是指的是取向的分布。所以,织构与材料性能息息相关,事实上EBSD也是由一帮研究织构的材料学家发明并发展的。在三年一次的国际织构大会上,EBSD的内容现在大概占到1/3还强。
好,测量织构其实有不少工具可用,比如X射线衍射,电子衍射中子衍射这一家子,为什么大家对EBSD青眼有加。 XRD测量方便应用广泛,但是XRD是一个统计的宏观取向,无法给出如图2每个晶粒的取向;中子衍射,考虑下成本,还有去哪里能做……所以EBSD风行一时,这两年在国内更是爆发式增长,好似大家终于意识到,钱少事少结果好,速来!
说结果好,其实是指,EBSD数据分析结果的多样性。EBSD采集得来的一手数据是材料每个点的取向信息,通过专门的分析软件对这个一手数据的处理,可以得到取向分布——织构信息,关心材料性能尤其是择优取向之类的人有福了;同一取向的点组成晶粒,取向大到一定地步,就判定为另一晶粒,因此,可以得到晶粒相关信息,晶粒大小,形状,圆度……判定晶粒的同时可以得到晶界,于是可以标出各种晶界(挛晶界,CSL,相界等);同时,一手信息是取向,那么取向差的信息也容易得到,取向差某种程度上反应应变,从而可以做出高大上的应力分析;EBSD面分布得到的是反应微观结构的图,通过这些图,我们尽可以作工艺参数的优化,失效分析,可与各种样品台配合作原位拉伸分析,原位加热分析,与其它手段一起配合作相鉴定……
最后放出一张美丽的取向图:这就是大家最最常见的EBSD结果,即用不同颜色表示的取向分布图。是不是很美貌?工科生的日常工作往往枯燥,但是我们也会有如此艳丽的颜色相伴。