EBSD应用浅析
EBSD技术在金属材料研究中的一些应用
电子背散射衍射技术(EBSD)在金属材料研究中的一些应用摘要：简要阐述了EBSD技术的发展和原理，给出了其在金属材料研究中的具体应用，重点介绍了EBSD技术在变形镁合金研究微区织构、晶粒取向等方面的作用，并对EBSD技术未来在国内的发展做出了展望。
关键词：EBSD；镁合金；微区织构；取向；变形1 引言材料的成分、工艺决定了材料的组织结构，而微观的组织结构又决定了材料表现出的各种性能。
在工程实际中，想要拥有优异的材料性能，就必须严格控制材料的微观组织结构，很显然，各种测试仪器与技术方法在这中间扮演了关键的角色。
从最初的肉眼观察与猜想、放大镜的使用、光学显微镜的普及到近现代各种检测设备与技术的发展，在对研究者们提供了有力的证据的同时，不断地推动着科学事业与人类文明的发展。
针对金属材料研究，当下存在许多主流的测试方法[1]：常用的物相分析方法有X射线衍射分析、微区电子衍射分析等；材料的成分分析可以采用X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、电子探针分析方法、电镜的能谱分析等；形貌分析的主要内容是分析材料的几何形貌，材料的颗粒度，及颗粒度的分布以及形貌微区的成分和相结构等方面，主要有光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、扫描隧道显微镜（STM）以及原子力显微镜（AFM）等。
随着科技的发展，人们发现电子背散射衍射技术（EBSD）在晶粒取向、微区织构、取向关系、晶界性质研究、物相鉴定与晶格常数等方面有着独特的优势，进而成为一种重要的材料分析手段[2]。
2 EBSD技术的发展与原理电子背散射衍射技术（EBSD）是基于扫描电镜中电子束在倾斜样品表面激发出并形成的衍射菊池带的分析从而确定晶体结构、取向以及相关信息的方法[3]。
最早时期，1928年Kikuchi在透射电镜中研究方解石荧光发射时观察到的条带状衍射花样，即菊池带，不过这种菊池线是透射电子形成的[4]。
直到20世纪70年代，Venables等在扫描电镜下观察到背散射电子衍射菊池，并进行晶体学研究，这开创了EBSD在材料科学方面的应用[5]。
EBSD技术及其应用
EBSD技术及其应用EBSD 即电子背散射衍射(菊池衍射) ,是采用在扫描电子显微镜中的背散射电子衍射菊池线的结晶方位分析方法。
EBSD 技术在研究显微组织的结晶学特征方面已经成为一个强有力的工具。
显微组织和结晶学传统分析方法有光学显微镜OM ,扫描电镜SEM 及以SEM 为基础的选区电子通道花样SAC ,X射线衍射,透射电镜TEM。
与传统的分析技术相比,EBSD 有几大优点: ①将显微组织与结晶学之间直接联系起来; ②能快速和准确地得到晶体空间组元的大量信息; ③能以比较广泛的范围选择任意视野。
装备有EBSD 附件的扫描电子显微镜SEM ,可以对块状样品在亚微米级尺度内进行晶体结构分析,如晶体取向、晶界特性分析、真实晶粒尺寸测量、断裂机制、失效机理研究和应变评估等。
1．EBSD的原理入射电子束在晶体中发生非弹性散射,在入射点附近发散成为一个点源,由于其能量损失很少,电子的波长可认为基本不变,这些电子在反向出射时与晶体产生布拉格衍射(电子背散射衍射) ,出现一些线状花样,称为菊池线。
菊池线敏感于晶体取向,是晶体结构的重要衍射信息,不同晶面的衍射菊池线组成电子背散射衍射花样( EBSP),由此可以进行微结构分析。
EBSD 分析技术包括两个基本过程,一是在SEM 下获取EBSD 数据,二是根据需要将原始数据以不同方式表达出来,即将晶体结构、取向等相关数据处理成各种统计数据、图形或图像。
EBSD 分析放入样品室的样品经大角度(一般为65～70°)倾转后,入射电子束与样品表层区发生作用,在一次背散射电子与点阵面的相互作用中产生高角衍射,形成高角菊池花样(与透射电镜的透射方式下形成的菊池花样有一定差别) ,由衍射锥体组成的三维花样投射到低光度磷屏幕上,在二维屏幕上被截出相互交叉的菊池线。
菊池花样被CCD 相机接收,经过图像处理器处理(如信号放大、加和平均,背底扣除等) ,由抓取图像卡采集到计算机中,计算机通过Hough变换,自动确定菊池线的位置、宽度、强度、带间夹角,与对应的晶体学库中的理论值比较,标定出对应的晶面指数与晶带轴,并计算出所测晶粒晶体坐标系相对于样品坐标系的取向。
对EBSD的理解及应用
对EBSD的理解及应用EBSD是电子背散射衍射技术（Electron Backscatter Diffraction）的缩写，是一种常用于材料科学和工程领域的表征方法。
其原理是利用电子束经过材料后，被背散射散射回来的电子与入射电子发生衍射现象，通过测量衍射图样的形态和强度来获取材料的晶体结构、取向以及晶界等信息。
EBSD的应用领域广泛，例如:1. 材料学研究：EBSD可以用来研究材料的晶体结构、晶体取向以及晶体缺陷等信息，从而增加对材料的认识。
例如，可以用EBSD来研究合金材料的晶粒取向与机械性能之间的关系，优化材料的制备工艺。
2. 金属学研究：EBSD可用于研究金属材料的晶体取向与力学行为之间的关系。
通过观察材料中晶体的取向分布，可以了解材料的力学性能、塑性变形机制等。
此外，还可以用EBSD分析区域选区电子衍射（Selected Area Electron Diffraction）数据，对金属晶体的三维取向进行建模和姿态分析。
3. 薄膜和界面研究：EBSD在研究薄膜和界面的晶体结构、晶界取向和位错密度等方面具有广泛的应用。
通过EBSD可以获得薄膜/基底的晶体取向分布、晶界的取向关系等信息，进一步了解薄膜的生长机制和界面的结构演化。
4. 小晶粒材料研究：对于小晶粒材料，传统的衍射方法往往由于粒子尺寸太小而无法获取充分的衍射信息。
而EBSD则可以通过对大量小尺寸晶体的衍射数据进行统计，还原出材料的晶体结构和取向信息。
这对于研究纳米材料、纳米晶、亚微米晶等具有重要意义。
5. 力学性能研究：EBSD可以用来研究材料的力学性能，如塑性变形、屈服行为和断裂特性等。
通过EBSD可以获得材料中晶体取向的信息，从而解析材料的力学行为与晶体结构之间的关系。
除了上述应用领域外，EBSD在材料科学与工程的其他领域也有广泛的应用，例如焊接等工艺的优化、热处理过程的研究、高温合金的应力分析等。
总结起来，EBSD是一种非常强大的材料表征方法，可以通过分析衍射图样的形态和强度，获得材料的晶体结构、晶体取向、位错密度等信息。
EBSD数据分析
EBSD数据分析EBSD（电子背散射衍射）是一种用于材料的晶体学定性和定量分析的技术。
通过将电子束轰击在样品表面上，并测量电子背散射的角度和能量，可以获取有关材料的晶体结构、晶体取向和晶体成分的信息。
EBSD技术已经广泛应用于金属、陶瓷、半导体等材料的研究中，提供了重要的晶体学数据支持。
在EBSD数据分析过程中，首先需要进行样品准备。
样品通常需要进行精细的机械抛光和电子束辐照处理，以消除表面应力和增加电子散射信号的强度。
之后，将样品放入扫描电镜中，使用电子束扫描样品表面，在每个扫描点收集电子背散射数据。
这些数据通常以图像的形式呈现，称为EBSD图像。
在获得EBSD图像后，需要进行数据处理和分析。
一般来说，EBSD数据分析包括晶体取向分析、晶体取向映射、晶界分析和相分析。
晶体取向分析是EBSD数据分析的核心内容之一、通过分析电子背散射的角度和能量，可以确定每个扫描点处的晶体取向。
晶体取向可以通过计算得到，常用的计算方法有方位角计算法和倒空间计算法。
通过晶体取向分析，可以确定材料的晶体取向分布情况，获得晶体取向的数量密度和材料的择优取向。
晶体取向映射是EBSD数据分析的另一个重要内容。
通过将晶体取向分析的结果与显微镜图像叠加，可以在显微镜图像上绘制出晶体取向的分布情况。
这可以帮助研究人员更直观地了解材料的晶体结构和晶体取向的演化过程。
晶界分析是对材料中晶界的研究。
通过对EBSD数据中晶体取向的分析，可以确定材料中的晶界位置和类型。
不同类型的晶界在EBSD图像上表现出不同的性质，如位错晶界、晶粒分界晶界和相界晶界。
通过对晶界的分析，可以进一步了解材料的晶界特性和晶界的影响。
相分析是对材料中不同相的研究。
通过分析EBSD数据中晶体取向的差异，可以确定材料中不同相的存在。
通过相分析，可以了解材料的相组成、相分布和相变情况。
总结起来，EBSD数据分析是一种重要的材料表征技术，通过分析电子背散射数据，可以获得材料的晶体取向、晶界和相等信息。
EBSD初级原理及简单应用
b
2dsinθ=nλ c
强弱衍射锥与荧光板相交， 形成菊池带(Kikuchi )
参考《材料电子显微分析》，张静武，P51-54，91
先进钢铁材料课题组 3
1.EBSD基础知识
1.2菊池花样
镍样品菊池带
3.(200)面的面间距比 (2-20) 面的宽，(200) 面带宽比 (2-20) 面的 窄。
此外， 每种织构所占体积分数； 在一定角度范围内，某一晶面平行于TD的百分比； ······
先进钢铁材料课题组 38
3.数据分析软件(OIM Analysis)的使用
3.7高亮工具Hightlight
取消
Grain/Boundary/Triple Junction Mode
重做 清除所有高亮区域
(晶粒内部、晶界、 三角晶界的信息)
先进钢铁材料课题组 39
3.数据分析软件(OIM Analysis)的使用
3.7高亮工具Hightlight
Vector Profile Mode 某一条线上相对于原始点 或者相邻点的取向信息
Crystal Lattice 某一点的晶体结构
先进钢铁材料课题组 40
3.数据分析软件(OIM Analysis)的使用
工作距离改变，花样中心随之改变。
先进钢铁材料课题组 10
2.数据采集软件(OIM Data Collection)的使用
2.2相选择获取扫描照片
EBSD原理是测得的花样与 数据库中的花样进行对比， 因此首先应提供正确的相。
Phase对话框下： ①相的载入Load； ②数据库中选定； ③错误相的删除Remove。
先进钢铁材料课题组 36
3.数据分析软件(OIM Analysis)的使用
ebsd在材料研究领域的应用
ebsd在材料研究领域的应用eBSD（Electron Backscatter Diffraction）是一种非常强大的技术工具，可用于材料研究领域。
它结合了电子显微镜和晶体学分析技术，可用于分析材料的晶体学性质。
本文将介绍eBSD在材料研究中的应用，并逐步回答与此相关的问题。
一、什么是eBSD技术？eBSD技术是通过电子显微镜中的底散射电子（Electron Backscattered Electrons）来分析材料的晶体学性质。
底散射电子是在电子束与样品之间发生散射后返回到探测器的电子。
这些电子的能量和角度信息包含了样品的晶体学信息。
二、eBSD技术的原理是什么？当电子束与样品中的原子相互作用时，底散射电子的角度和能量由样品中原子的晶体结构和化学成分决定。
底散射电子会根据布拉格散射定律和散射几何来发生散射。
eBSD技术通过捕捉、分析和解释底散射电子的图案，可以确定样品的晶体学结构、晶粒取向和织构。
三、eBSD技术在材料研究中的应用有哪些？1. 晶体定位与取向分析：eBSD技术可以用于确定材料中晶粒的定位和取向分布。
通过分析底散射电子的图案，可以得到材料中晶粒的取向信息，从而研究晶体的生长、形变、晶界等特性。
2. 相变研究：eBSD技术可用于研究材料的相变行为。
通过监测晶粒的取向和形貌的变化，可以了解材料在不同条件下的相变机制，如晶格位错产生和移动、相界面的形成等。
3. 晶体缺陷分析：eBSD技术可用于分析材料的晶体缺陷。
通过对底散射电子图案的分析，可以确定晶体中的晶格缺陷类型（如晶界、位错、孪晶等），并进一步研究其对材料性能的影响。
4. 晶体纹理研究：eBSD技术可以用于研究材料的晶体纹理分布。
通过分析底散射电子的图案，可以推断材料中晶粒取向的分布和织构性质，从而了解材料的力学性能、磁性能、导电性能等方面的特性。
5. 相容性研究：eBSD技术可用于研究不同材料之间的相容性。
通过对材料界面处底散射电子图案的分析，可以确定材料之间的晶界类型、取向关系和应变尺度，从而研究材料的界面反应和界面相互作用行为。
【材料学堂】EBSD的工作原理、结构、操作及分析
【材料学堂】EBSD的⼯作原理、结构、操作及分析1.电⼦背散射衍射分析技术(EBSD/EBSP)20世纪90年代以来，装配在SEM上的电⼦背散射花样(Electron Back-scattering Patterns，简称EBSP)晶体微区取向和晶体结构的分析技术取得了较⼤的发展，并已在材料微观组织结构及微织构表征中⼴泛应⽤。
该技术也被称为电⼦背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction，简称EBSD)或取向成像显微技术(Orientation Imaging Microscopy，简称OIM) 等。
EBSD的主要特点是在保留扫描电⼦显微镜的常规特点的同时进⾏空间分辨率亚微⽶级的衍射（给出结晶学的数据）。
EBSD改变了以往织构分析的⽅法，并形成了全新的科学领域，称为“显微织构”—将显微组织和晶体学分析相结合。
与“显微织构”密切联系的是应⽤EBSD进⾏相分析、获得界⾯（晶界）参数和检测塑性应变。
⽬前，EBSD技术已经能够实现全⾃动采集微区取向信息，样品制备较简单，数据采集速度快(能达到约36万点/⼩时甚⾄更快)，分辨率⾼(空间分辨率和⾓分辨率能分别达到0.1m和0.5m)，为快速⾼效的定量统计研究材料的微观组织结构和织构奠定了基础，因此已成为材料研究中⼀种有效的分析⼿段。
⽬前EBSD技术的应⽤领域集中于多种多晶体材料—⼯业⽣产的⾦属和合⾦、陶瓷、半导体、超导体、矿⽯—以研究各种现象，如热机械处理过程、塑性变形过程、与取向关系有关的性能（成型性、磁性等）、界⾯性能（腐蚀、裂纹、热裂等）、相鉴定等。
2. EBSD系统的组成与⼯作原理图1. 全⾃动EBSD装置各部分相互关系图系统设备的基本要求是⼀台扫描电⼦显微镜和⼀套EBSD系统。
EBSD采集的硬件部分通常包括⼀台灵敏的CCD摄像仪和⼀套⽤来花样平均化和扣除背底的图象处理系统。
图1是EBSD系统的构成及⼯作原理。
在扫描电⼦显微镜中得到⼀张电⼦背散射衍射花样的基本操作是简单的。
背散射电子衍射EBSD
EBSD技术还可以用于研究金属材料在加工、热处理和服役过程中的微观结构演化。通过EBSD技术，可以观察到 晶粒的形核、长大、粗化等现象，以及晶界的迁移、旋转和扭曲等行为，为金属材料的优化设计和性能提升提供 重要依据。
陶瓷材料的相变研究相变Fra bibliotek究EBSD技术也可以用于陶瓷材料的相变研究。通过EBSD技术，可以观察陶瓷材 料在加热或冷却过程中的相变行为，包括相的形核、长大和转变等现象。这些 信息对于陶瓷材料的制备工艺和性能优化具有重要意义。
EBSD技术通过收集和分析这些衍射花样，可以获得样品的晶体取向、晶界类型 和晶体结构等信息。
EBSD的应用领域
材料科学
EBSD技术在材料科学领域广泛应用于金属、陶瓷、 复合材料等材料的晶体结构和织构分析。
地质学
在地质学领域，EBSD技术用于研究岩石、矿石和 矿物的晶体结构和形成过程。
生物学
在生物学领域，EBSD技术用于研究生物组织的晶 体结构和功能。
、晶体结构、相组成等。
数据收集与处理
01
02
03
数据整理
将采集到的数据进行整理， 筛选出质量较高的衍射点 进行分析。
数据可视化
将数据以图像、图表等形 式进行可视化展示，以便 更好地理解和分析材料的 晶体结构。
结果分析
根据数据分析结果，对材 料的晶体结构、相组成、 织构等进行深入分析，并 得出相应的结论。
实现高通量表征
通过自动化和高通量的EBSD技术，可 以对大量材料样品进行快速、高效的 晶体结构表征，为材料基因组计划提 供强大的数据支持。
EBSD在新型材料研发中的应用
新型功能材料研究
EBSD技术可以用于研究新型功能材料 的晶体结构和相组成，有助于深入理 解材料的物理和化学性质，促进新型 功能材料的研发和应用。
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（3）应变分布测定
四、EBSD样品制备
河钢试验数据-C3测残奥
五、小结
Hale Waihona Puke 谢谢！EBSD应用浅析承担部门：技术中心材料室 负 责 人：张 巍
汇报提纲 一、简介 二、EBSD工作原理 三、EBSD应用 四、EBSD样品制备 五、小结
一、简介
EBSD： Electron Backscattered Diffraction。 EBSP： Electron Backscattered Pattern。 电子背散射衍射（EBSD）是一种基于扫描电 子显微镜，对样品的微观组织进行分析、可视化和 定量的技术。 主要特点： 在保留扫描电子显微镜的常规特点的同时进行 空间分辨率亚微米级的衍射（给出结晶学的数据）。 织构： 择优取向。多晶体取向分布状态明显偏离随机 分布的结构,称为织构。 目前，EBSD技术已经能够实现全自动采集微 区取向信息，样品制备较简单，数据采集速度快， 分辨率高，为快速高效的定量统计研究材料的微观 组织结构和织构奠定了基础，因此已成为材料研究 中一种有效的分析手段。
欧拉角：用来唯一地确定定点转动明体位置的三个一组独立角参量。
三、EBSD应用
•晶体取向 •晶粒尺寸 •织构 •再结晶/变形分布 •亚结构分析 •应变分析 •晶界特性 •重合位置点阵（CSL）边界分布 •滑移系统分析 •相鉴定，分布及相变 •断裂分析...
（1）物相鉴定和区分
（2）表征晶体尺寸
二、EBSD工作原理
1、背散射电子衍射技术原理 2、背散射电子衍射取向基本分析原理 3、背散射电子衍射取向成像原理（OIM） 4、背散射电子衍射相分析原理
EBSD如何工作？
菊池花样：除了正常的衍射斑点外，还有明、暗成对平行的 衍射衬度条纹。 菊池极：同一晶带的菊池线对的中心交于一点，构成一对称 中心。