基于仿真切割的陶瓷晶粒三维形貌特征评价系统.doc

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1、基于仿真切割的陶瓷晶粒三维形貌特征评价系统【摘要】本文通过仿真切割的方法建立晶粒三维空间形貌特征与其随机截面形貌参数之间的关系。在实际应用时，利用上述方法建立的关系，通过测量材料切面上的晶粒截面参数来查询其三维形貌特征。晶粒三维形貌特征的几何模型是基于特定晶体的生长习性而建立的，并考虑到因生长环境的不同而可能引起形状的变化，因而更接近特定的实际晶粒。晶粒截面各种参数均可通过界定晶粒截面边界来获得。【关键词】仿真切割；三维形貌；晶粒截面参数；评价系统Anevaluationsystemofthreedimensionalceramicgra

2、inmorphologyAbstract:Therelationshipbetweenthreedimensionalgrainmorphologycharacteristicsandrandomcrosssectionalparametershasbeenestablishedbasedonthemethodofsimulationslicing.Inpracticalapplication,usingtheabovementionedrelationship,threedimensionalgrainmorphologychara

3、cteristicscanbeestimatedbymeasuringcrosssectionalparameters.Thepolyhedronmodelsofdifferentcrystalsareestablishedbythecrystalgrowthcharacteristics.Atthesametime,themodelcanbemodifiedtoadaptthechangesofcrystalshapeindifferentgrowthconditions,whichmakesthemodelclosertotheact

4、ualcrystalshape.Thevarioussectionparametersofcrystalscanbeobtainedbydefiningtheirboundariesinthecrosssection.Keywords:simulationslicing；threedimensionalimages；crosssectionalparameter；evaluationsystem引言由于多晶材料中晶粒的形状、大小及其分布等形貌特征是影响材料性能的重要因素，因此，探索评估材料中晶粒三维空间形貌特征的方法一直是材料学界努力

5、的目标之一。目前，直接探测材料中晶粒形貌所采用方法包括：通过显微探针摄入样品内部以获取晶粒空间图像的层析X射线照相法(tomography)［1］；根据晶粒不同高度断面的图像合成晶粒三维空间形貌的系列切片法（serialsectioning）［2］；或者采用化学方法将材料中的晶粒分散成解离的晶粒，从而可对分散的单个晶粒进行观察和测量［3］。但是，这些方法或受限于仪器设备数量，或受限于太大的劳动强度，或者受限于分辨率的不足等，难于普遍应用［4,5］。8通常采用的方法则是通过测量材料切面上晶粒截面形貌参数，经过统计分析，估算晶粒的三维空间形貌参

6、数［5］。在评估晶粒三维尺寸方面，应用最广泛的是Mendelson提出的方法［6］，它是将切片上测量得到的晶粒平均随机截线长度，乘于1.56的校正系数，作为晶粒的三维平均尺寸。此方法是以假设晶粒形状呈棱长相同的十四面体、尺寸分布为呈偏差（δlnR）为0.33的对数正态分布为模型建立的，研究证明，晶粒形状、及晶粒尺寸分布对校正系数有很大的影响［5］。关于晶粒尺寸分布的表征，如果能够确定颗粒的形状为球形或接近球形，可采用有关文献［7］中介绍的方法，以期望获得较好的评估结果。但是，材料中的晶粒多为不同形状的多面体形态，因此不应简单地用评估球形颗粒

7、的方法来评估呈多面体形状的晶粒尺寸的分布。对于晶粒形状，粗略的划分方法一般分为等轴状、片状或长柱状等，其形状多采用晶粒的二维截面参数来表示，例如用晶粒截面的长宽比（aspectratio）的平均值来表示其形状［8］。通过测量晶粒的二维截面参数获得其三维空间形貌特征的根本途径是建立起此两者的直接联系。本测量系统的核心及特点不是通过解析的方法，而是根据具体晶体的结晶习性来建立晶粒的三维几何多面体形态模型，然后对其进行仿真随机切割，得到其截面及其截面的统计参数，从而，可建立起晶粒三维空间形貌与其截面参数之间的对应关系。反过来，在实际应用中，根据所

8、测截面参数，找出其所对应的三维形貌特征。1系统组成及工作原理硬件系统由显微镜、磨平及抛光的被测试样、数码相机、图像采集卡及微型计算机组成。软件系统包括半自动晶粒截面图像采集分析软