电子背散射衍射分析技术（EBSD）工作原理、结构、操作及分析

电子背散射衍射分析技术（EBSD）工作原理、结构、操作及分析

电子背散射衍射分析技术（EBSD）是一种在扫描电子显微镜（SEM）上应用的重要材料表征技术，它通过分析从样品表面反射回来的高能电子产生的衍射花样来获取晶体微区的取向和结构信息。

自20世纪90年代以来，EBSD技术已经得到了显著发展，并在材料科学领域中广泛应用。以下是对EBSD技术的详细介绍和总结：

EBSD技术的特点

• 高空间分辨率：能够实现亚微米级别的晶体取向和结构分析。
• 快速数据采集：数据采集速度可达每小时36万点以上。
• 高分辨率：空间分辨率和角分辨率分别可达0.1微米和0.5度。
• 全自动采集：简化了样品制备和数据采集过程。

EBSD系统的组成与工作原理

• 基本设备：需要一台SEM和EBSD系统。
• 硬件部分：包括高灵敏度CCD摄像机和图像处理系统。
• 操作过程：样品在SEM中被高角度倾斜，以增强背散射信号，通过CCD相机捕捉并分析。

EBSD的应用领域

• 多晶体材料：金属、合金、陶瓷、半导体、超导体、矿石等。
• 研究现象：热机械处理、塑性变形、性能与取向关系、界面性能、相鉴定等。

EBSD的具体应用

1. 织构及取向差分析：通过极图、反极图和取向分布函数图来描述晶体取向的三维分布。
2. 晶粒尺寸及形状分析：利用EBSD进行晶粒尺寸的测量，特别是难以通过常规方法观察到的晶界。

3. 晶界、亚晶及孪晶性质分析：研究不同类型的界面，如晶界、亚晶、孪晶界等。

4. 相鉴定及相比计算：根据衍射花样的特征进行物相鉴定，并计算相的相对含量。
5. 应变测量：通过衍射花样的质量来评估材料中的应变。

EBSD与其他技术的比较

• X射线衍射：提供宏观统计信息，但不能与微观组织形貌相对应。
• 透射电镜（TEM）：提供局部晶体结构信息，但样品制备和分析过程较为复杂。
• EBSD：结合了TEM的微区分析特点和X射线衍射的大面积统计分析能力。

结语

EBSD技术以其高精度的晶体结构分析、快速的数据处理能力、简便的样品制备过程以及能够将晶体结构和取向信息与微观组织形貌相结合的能力，在材料科学研究中发挥着重要作用。配备EBSD系统的SEM不仅能够提供显微形貌和成分信息，还能够进行显微取向分析，极大地方便了科研人员的研究工作。