基于仿真切割的陶瓷晶粒三维形貌特征评价系统

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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dimensionalceramicgrainmorphologyAbstract:There

2、lationshipbetensionalgrainmorphologycharacteristicsandrandomcrosssectionalparametershasbeenestablishedbasedonthemethodofsimulationslicing.Inpracticalapplication,usingtheabovementionedrelationship,threedimensionalgrainmorphologycharacteristicscanbeestimatedbymeasuringcrosssectionalparameters.Thep

3、olyhedronmodelsofdifferentcrystalsareestablishedbythecrystalgroetime,themodelcanbemodifiedtoadaptthechangesofcrystalshapeindifferentgroakesthemodelclosertotheactualcrystalshape.ThevarioussectionparametersofcrystalscanbeobtainedbydefiningthEirboundariesinthecrosssection.Keyulationslicing；threedime

4、nsionalimages；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

5、，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］。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

6、形或接近球形，可采用有关3晶粒截面参数的半自动采集子系统[*2]3.1晶粒截面形貌参数晶粒截面形貌参数可通过显微镜测量材料试样的磨光面获得。在晶粒截面的尺寸参数中，随机截线长度由于在测量上的简易性，以及容易转化为其它体视学参数，因此在实际测量时较多地被采用。除此之外，实际被采用尺寸参数还包括晶粒截面的面积或等面积圆相当径等。在晶粒截面的形状参数中，对于等轴晶粒，可用圆形度（κsam）表示其接近圆的程度；对于非等轴晶粒，一般采用宽高比来描述晶粒偏离等轴的程度。这些参数的获取，可利用目镜中的测微尺或测量网格直接读取随机截线的尺寸或晶粒截面的面积。通过一定数量晶粒的测量，就可以得到稳定的平均晶粒截

7、面尺寸或截面尺寸的分布。除了这些参数外，根据需要，还可从截面上得到更多的参数。图6晶粒K随机截线长度图5为一Al2O3陶瓷试样磨光面的扫描电镜照片的片断［19］图中测量尺为本文作者沿横向随机加入，按原照片的比例，1格长度约为2.5微米；K指字母所在晶粒。从图中我们可以读出此晶粒随机截线的长度。本系统采用的是既区别于直接读取数据的人工方法，又区别全自动图形分析方法的适合于陶瓷材料的手动测量和自动计算相结合的半自