EBSD,即电子背散射衍射,是对晶体材料进行显微组织分析的一种新方法,自20世纪80年代诞生以来,已广泛应用于材料科学领域。这一技术是扫描电镜的一个强大附件,通过该装置,扫描电镜的功能得到了显著拓展,使得晶体取向、晶粒尺寸、应力应变等关键参数的分析变得更为简便和准确。那么,EBSD分析的原理是什么呢?
在扫描电镜的入射电子束轰击样品时,会产生大量的背散射电子。当这些背散射电子与晶体中的某一晶面(hkl)满足布拉格衍射条件(nλ=2dsinθ)时,便会发生相干散射,即衍射现象。衍射效应会导致某些方向的衍射花样强度增强,而其他方向的强度则减弱,从而形成特定的空间分布。通过在样品前方放置一个接收屏,我们可以在屏幕上观察到成对的平行直线——菊池线。每一对菊池线都对应晶体中的一组晶面,而菊池线的交叉点(菊池极)则代表一个特定的结晶学方向。由不同晶面形成的菊池线对共同构成了一幅电子背散射衍射花样,为材料科学家提供了丰富的晶体结构信息。
EBSD系统通常由CCD相机、荧光屏、图像处理系统和计算机系统共同构成。在采集衍射花样时,样品表面需倾斜至70°,以确保信号最强。CCD相机与荧光屏相连,负责捕捉衍射花样。这些花样经过图像处理系统的放大后,会被输入到计算机系统中,随后利用软件进行智能识别、精确标定和计算。整个过程可以参考图2的示意图来理解。
试验过程中,EBSD装置会对所分析区域内的每个像素点进行数据采集,从而获取其详尽的晶体学信息,包括取向。一旦数据采集完成,便可进行多样化的分析处理。在系统中,相邻且取向相近的数据点会被视作一个晶粒,这些数据点间微小的取向差异能够揭示出亚结构特征,例如位错和内应力等。值得注意的是,分析参数的设定具有一定的灵活性。根据实际需求,可以将取向差小于5°的相邻像素点视为一个晶粒,或者选择其他数值,例如10°,以此进行灵活调整。