[自然科学]x光衍射技术基础-织构的测定

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1、X射线衍射技术第十二讲织构的测定织构及其表示方法一、织构与织构分类在所有材料中无机材料占大部分，其中单晶（如Si、GaAs、金刚石、单晶飞机叶片）很少，绝大多数材料是以多晶形式使用的。多晶材料中，如果每个晶粒的晶体学取向完全无序，则该材料的宏观性能是各相同性的。然而，许多材料经过轧制、拉伸、挤压等变形过程，或者即使不经过变形，如凝固、PVD、CVD、热处理等，各晶粒的晶体学取向会出现某些规律性，材料呈现出一定程度的各相异性－－织构。织构的定义一般认为多晶材料中，晶粒的晶体学取向会出现某些规律性；或者某些晶体学方向往材料外形的某些特定方向集中；或者某些晶体学面往材料外形的某

2、些特定面集中；或者晶体学方向和晶体学面都有某种程度的集中，则称该多晶材料中存在择优取向或织构织构的存在－－有利有弊优点：某些材料如硅钢片达到立方织构状态（又称高斯织构(100)<001>），可以提高导磁率，减小变压器磁损失。缺点：核反应堆中的U棒和石墨块中的织构。择优取向不利于原子反应堆中使用，所以在材料的研究中有必要进行织构的测定织构的晶体学特征对于各相同性的多晶材料任一指数的干涉面在空间均匀分布形成一个均匀分布的球面，倒易结构是均匀分布的，因此德拜环是连续的；对于具有织构的材料，倒易结点在倒易球面上分布是不均匀的，如果用德拜法进行照相，德拜环是不连续的。这样我们就有可

3、能利于X射线来探测织构的存在与否。织构的分类织构的分类方法很多，而直接与XRD相关的是织构材料的晶体学特征：可以把织构分成两类：丝织构、板织构丝织构:材料的个晶粒的某一个或几个晶体学方向倾向于平行于试样的某一特定方向。其它晶体学方向则以试样的特定方向为轴对称分布。例如：具有<110>丝织构铁丝，以标记<110>方向与丝轴的夹角，<110>为<110>极点密度，则铁丝中<110>相对于的分布如上图所示---极发布图。织构的分类板织构材料的晶体学特征是各个晶粒的某一个或几个晶体学面倾向于平行于试样的某一特定面（如轧面），某一个或几个晶体学方向平行于试样的某一特定方向（

4、如轧向）。织构的表示方法描述材料的织构状态就是描述材料中各个晶粒取向相对于材料外形之间的关系。到目前为止，材料的织构状态除了用理想织构成分（有多少晶粒严格满足织构关系）、极分布图表示以外，还可以用极图（正极图、反极图）、三维取向分布函数来描述。正极图研究某试样的织构状态可以以试样外形（如轧面、轧向、横向等）为坐标，考察试样中任一特定的晶体学面族法线在该坐标中的分布。如果以极射投影的方式描述上述分布，就构成了正极图。正极图中投影面一般由外形坐标构成，也就是说，正极图是试样中某特定晶体学面族法线在试样外形坐标中分布的极射投影图。－－正极图是晶粒晶体学面在外形坐标上的投影正极图

5、的名称是由所考察的面族的名称决定的理想板织构正极图如对于{001}<100>理想板织构，其中{001}为轧面，<100>为轧向{100}极图{110}极图{111}极图轧向横向轧向横向轧向横向NaCl单晶上Ag薄膜的晶体结构理想丝织构正极图<100>理想丝织构{111}极图{110}极图丝轴方向丝轴方向54.7o45o正极图实际材料中不仅包含多种织构成分，而且围绕每种织构位置都有不同程度的极点离散度，所以它们的极图要比前面提到的要复杂得多。例如冷轧铝板（压下量95%）{100}极图{111}极图正极图对于复杂织构，可以从实测的极图中确定材料包含何种理想织构成分――确定试样

6、中包含的理想织构成分就是考察试样外形的晶体学指数――主要是利用标准投影中各种指数晶面之间的角度关系。确定试样中包含的理想织构成分以冷轧Al板{100}极图为例，用尝试法寻找试样的理想织构成分――具体做法是使全部{100}极点全部落入阴影区。试样包含{011}<>和{112}<>成分。即大部分晶粒的{011}和{112}面平行于轧面，<>和<>方向平行于轧向确定试样中包含的理想织构成分又例如，Fe-50Ni合金冷轧并退火后再结晶织构的{110}织构为。轧向横向可以判断其为{100}<001>织构。轧向横向理想的{100}<001>织构。对比反极图反极图是1955年以后发展起

7、来的一种表示织构的方法所谓反极图就是试样的某一外形方向在晶粒的晶体学坐标中分布的极射投影图，并以此外形方向命名反极图简言之：反极图是外形坐标在晶体学面上的投影反极图例如，挤压铝棒的轴向反极图，三个晶体学坐标分别为(001),(011),(111)从衍射线的等强度线可以看出挤压铝棒中大多数晶粒的{001}和{111}法向平行于棒轴。即具有<001>+<111>丝织构或者说具有<001>和<111>丝织构成分。00111101100.22031反极图对于不同的晶系，晶体学坐标的取法依晶系而异，一般取(001)标准投影中的一个由主要