材料相变与相结构实践教材
材料科学基础实验教材
材料科学基础实验教材一、材料性能与结构本实验教材将首先介绍材料的基本性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。
这些性能对于材料的制备、加工和使用有着至关重要的影响。
通过实验，学生将了解和掌握如何测定材料的各种性能，以及如何通过调整材料的结构来改善材料的性能。
二、晶体结构分析晶体结构是决定材料性能的重要因素。
本实验教材将介绍晶体结构的基本知识，包括晶格结构、晶体对称性等。
学生将通过实验掌握如何分析晶体的结构，以及如何利用晶体结构分析结果来预测材料的物理和化学性能。
三、相图与相变相图是研究材料相变的重要工具。
本实验教材将介绍相图的基本原理和应用，包括二元相图、三元相图等。
学生将通过实验了解和掌握如何利用相图来预测材料的相变行为，以及如何通过调整材料的成分和温度来控制材料的相变过程。
四、材料的力学性能材料的力学性能是衡量材料性能的重要指标之一。
本实验教材将介绍各种力学性能的测试方法，包括拉伸、压缩、弯曲、冲击等。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的各种力学性能，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的力学性能。
五、材料的物理性能材料的物理性能包括电学性能、光学性能、热学性能等。
本实验教材将介绍这些性能的测试方法，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的物理性能。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的各种物理性能，以及如何在实际应用中合理选用材料。
六、材料的化学性能材料的化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等。
本实验教材将介绍这些性能的测试方法，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的化学性能。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的化学性能，以及如何在化学腐蚀环境下正确选用材料。
七、材料的制备技术材料的制备技术是材料科学的重要分支之一。
本实验教材将介绍一些常用的材料制备技术，包括熔炼法、沉积法、热压法等。
学生将通过实验了解和掌握如何制备各种材料，以及如何通过优化制备工艺来提高材料的性能。
大学材料科学基础 第五章材料的相结构和相图(1)
弗兰克尔空位
肖脱基空位
2) 为了保持电中性，离子间数量不等的置换会 在晶体内部形成点缺陷。 如：2Ca2+→Zr4+ ，形成氧离子空缺。 3) 陶瓷化合物中存在变价离子，当其电价改变 时，也会在晶体中产生空位。 如：方铁矿中，部分Fe2+被氧化为Fe3+时， 2FeO+O → Fe2O3中，产生阳离子空缺。 同理，TiO2中，部分Ti4+被还原为Ti3+时，产 生阴离子空缺。 这种由于维持电中性而出现的空位，可以 当作电子空穴。欠缺或多出的电子具有一定的 自由活动性，因而降低了化合物的电阻。这种 现象在材料的电性能方面有重要意义。
3．陶瓷材料中的固溶方式
陶瓷材料——一般不具备金属特性，属无机非金属。 无机非金属化合物可以置换或间隙固溶的方式溶入其 它元素而形成固溶体，甚至无限固溶体，但是一般形 成有限固溶体。 如：Mg[CO3] → (Mg,Fe)[CO3] →(Fe,Mg)[CO3] →Fe[CO3] 菱镁矿 含铁菱镁矿 含镁菱铁矿 菱铁矿 不改变原来的晶格类型，晶格常数略有改变。
(3) 多为金属间或金属与类金属间的化合物， 以金属键为主，具有金属性，所以也称金属 间化合物。 (4) 晶体结构复杂。 (5) 在材料中是少数相，分布在固溶体基体 上，起到改善材料性能、强化基体的作用。 中间相可分为以下几类： 正常价化合物；电子化合物；间隙相；间隙 化合物；拓扑密堆相。
1. 正常价化合物 • 通常是由金属元素与周期表中第Ⅳ、Ⅴ、 Ⅵ族元素形成，它们具有严格的化合比， 成分固定不变，符合化合价规律，常具有 AB、AB2、A2B3分子式。 • 它的结构与相应分子式的离子化合物晶体 结构相同，如分子式具有AB型的正常价化 合物其晶体结构为NaCl型。正常价化合物 常见于陶瓷材料，多为离子化合物。如 Mg2Si、Mg2Pb、MgS、AuAl2等。 • 在合金材料中，起弥散强化的作用。
第五章材料相结构和相图
一般认为热力学上平衡状态的无序固溶体溶质原子 分布在宏观上是均匀的,在微观上是不均匀的。
在一定条件下,溶质原子和溶剂原子在整个晶体中按 一定的顺序排列起来,形成有序固溶体。有序固溶体 中溶质原子和溶剂原子之比是固定的,可以用化学分 子式来表示,因此把有序固溶体结构称为超点阵。
例如：在Cu－Al合金中,Cu：Al原子比是1：1或3：1 时从液态缓冷条件下可形成有序的超点阵结构,用 CuAl或Cu3Al来表示。
HRTEM for Ni precipitate in 8YSZ/Ni Nanocomposites
size of precipitated Ni nanoparticle ~ 20 nm
pore Ni
10 nm
Ni nanoparticle and accompanied nano-pore in 8YSZ/0.6 vol%Ni Nanocomposite
中间相分类：正常价化合物、电子化合物（电子 相）、间隙化合物
材料科学基础
1. 材料的相结构
材料的 相结构
固溶体
置换固溶体 间隙固溶体 正常价化合物
中间相
电子化合物 尺寸因素化合物
间隙化合物 拉弗斯相
2.1 正常价化合物
材料科学基础
0501材料相结构和相图
2
5.1
材料相结构
以合金中某一组元为溶剂， 固溶体：以合金中某一组元为溶剂，其 他组元为溶质形成的、与溶剂有相同晶 他组元为溶质形成的、 体结构、 体结构、晶格常数稍有变化的固相 它可在一定成分范围内存在，性能随成 它可在一定成分范围内存在， 分变化。 分变化。 几乎所有金属都可形成固溶体
3
一、固溶体
性差小—固溶度大 —差大化合 差大化合 电负性差值∆X<0.4~0.5时，有利于形 时 电负性差值 成固溶体，随电负差值增加固溶度增加。 成固溶体，随电负差值增加固溶度增加。 ∆X>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合 ， 其电负性差值越大， 物，其电负性差值越大，固溶体中固溶 度越小。 度越小。
正常价化合物： 正常价化合物：电负性差起主要作用 电子化合物：不符合正常化学价规律， 电子化合物：不符合正常化学价规律，电子浓度规律为主 尺寸因素化合物：畸变能增至一定容限， 尺寸因素化合物：畸变能增至一定容限，原结构不稳定
12
正常价化合物：电负性差起主要作用， 正常价化合物：电负性差起主要作用，电负性差值较大 的元素按通常的化学价规律形成的化合物， 的元素按通常的化学价规律形成的化合物，可用化学式 表示，金属元素与IV、 、 族元素组成 表示，金属元素与 、V、VI族元素组成 •电负性差值越大，稳定性越高，愈接近离子键合，反之趋 电负性差值越大，稳定性越高，愈接近离子键合， 电负性差值越大 向于金属键合 •包括从离子键、共价键过渡到金属键为主的一系列化合物 包括从离子键、共价键过渡到金属键为主的一系列化合物 包括从离子键 •通常具有较高的强度和脆性，固溶度范围极小 通常具有较高的强度和脆性， 通常具有较高的强度和脆性 •在相图上为一条垂直线 在相图上为一条垂直线
《材料的相变》课件
固态二氧化硅（二氧化硅）在高温下可转化为气 态二氧化硅。
相变的需求和挑战
1 需求
相变技术在能源、材料制 备和环境等领域有着广泛 的应用需求。
2 挑战
相变材料的设计、制备和 控制是实现相变技术应用 的关键挑战之一。
3 最新进展
最新的研究着眼于开发新 型相变材料和改进相变过 程的控制方法。
《材料的相变》PPT课件
欢迎大家来到本次关于材料的相变的PPT课件！相变是材料科学中的重要概 念，通过本课件，我们将探索相变的定义、分类、应用以及未来的发展方向。
相变的定义和基本概念
相变是物质从一种相态到另一种相态的过程。它涉及物质的结构和性质的改变，以及能量的吸收或释放。
相变的分类和特点
分类
相变可以分为固液相变、液 气相变和固气相变。
液气相变的例子和应用
1
水的沸腾
水沸腾时，液冷却液在汽车的工作过程中发生液气相变，起到冷却发动机的 作用。
3
干冰的升华
干冰是固态二氧化碳，当它受热时会直接从固态升华为气态，无液态阶段。
固气相变的例子和应用
举例一： 举例二：
举例三：
干衣机中的水分从湿气中转化为水蒸气。
相变研究的最新进展和未来发展方向
相变材料
相变材料的研究方兴未艾，可以 用于储能、温控和智能传感等领 域。
纳米级相变
纳米级相变研究正探索小尺寸下 相变行为的特性与应用。
相变存储
相变存储作为一种新型存储技术， 展现出巨大的潜力和未来的发展 方向。
特点
相变具有温度、压力和物质 的影响。它还表现出各种物 理和化学性质的变化。
举例
举个例子，水从冰变为液态 时发生固液相变，这是我们 日常生活中常见的现象。
材料科学基础第六讲-相图
3-4点时，为单相固溶体，不发生变化。 4点以下，将从β相析出次生相αII
§4.4其它类型的二元合金相图
第五节 复杂相图
§5.1 二元合金相图的分析和使用
I 包晶反应：L+α β II 包晶反应：L+ β γ III 包晶反应：L+ ε η IV 共析反应： β α + γ V 共析反应： γ α + δ VI 共析反应： δ α + ε VII 共析反应： ζ δ + ε VIII 包析反应： γ + ε ζ IX 包析反应： γ + ζ δ X 熔晶反应： γ ε + L XI 共晶反应： L η + θ
相律：表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元 数和相数之间的关系。它是检验、分析和使用相图 的重要工具。
F=C-P+2
F-平衡系统的自由度数 C-平衡系统的组元数 P-平衡系统的相数
当压力为常数时：F=C-P+1
J. Willard Gibbs
自由度：指平衡系统中可以独立改变的因素（如温度， 美国物理学家 压力，成分）等。纯金属的自由度最多一个，二元系 （1839-1903）
包晶转变区的特征是：反应相是液相和一个固相，其成分点位于水 平线的两端，所形成的固相位于水平线中间的下方。
典型合金的平衡结晶及组织
（一）含银量42.4%的铂银合金
当合金I自液态缓冷到1点时， 开始结晶出α相，与匀晶系 合金的结晶完全相同
当温度降到tD时，合金中 α 相的成分到P点，液相的成 分到C点。
应用相图时要注意的问题
连接线（等温线）：两个平衡相成分点之间的连线
第三节 一元系相图
7 《材料科学基础》第七章 材料中的相变
2. 二级相变
在临界T、P时，两相的化学势及一阶偏导数相等， 但化学势的二阶偏导数不相等。
1
恒压热容：
T P 2 T P
1
P T 2 P T
2 2 C P 2 1 T 2 T 2 T P P
2
V —— 新相的体积 ； △G
V
—— 单位体积中旧相和新相之间的自由能之差G液－G固；
A —— 新相的总表面积；γ —— 新相的界面能。
假设生成的新相晶胚呈球形，则：
4 3 G r n GV 4r 2 n 3 4 3 T r nH 4r 2 n 3 T0
不涉及化学反应，如液体蒸发、α-石英与α-磷石英间的 转变。
广义的相变：包括过程前后相组成发生变化的情况，相
变过程可能伴随多组分系统的化学反应。
相变类型很多，如V
L、V S、L S、S1 S2、L1 L2等。
相变可以表现为：
从一种结构转变为另一种结构。
例：V-L-S转变、同质多相转变
* Gk GK f
2 cos 1 cos 2 f
4
讨论： 1）θ = 0°，cosθ = 1，f（θ ）= 0，Δ Gh*= 0；
2）θ = 90°，cosθ ＝ 0 ，
核化势垒降低一半；
1 ， G GK 2
* k
3）θ =180°，cosθ = -1， Δ Gh*= Δ Gh 。
例：熔体析晶
无核相变(连续型相变)：通过扩散偏聚方式进行的
相变。亦称为斯宾纳多分解（Spinodal Decomposition）、 调幅分解。
例：玻璃分相、固溶体出溶
第六章 材料结构与相变
V
CL k0CL
DL
dCL dx
x0
界面溶质平衡方程
CL
k0
1
C0
k0 exp
V N
DL
32
带边界层问题的有效分配系数为
kE
CS CL
Scheil方程
k0CL C0
k0
k0
1
k0
exp
V
DL
N
CS
kEC0
1
x L
k
E
1
图6-16 相图与非平衡凝固
33
2. 支晶偏析
图6-17 枝晶示意图
kE C0 / C0 1
30
(2)液相中有强烈对流作用
具体含义:液相中溶质分布处处均匀，即扩散不起作用。
由于凝固而多出来的溶质
CL CS A dx dCL AL x
这部分多出来的溶质全部进入 液相，使液相的浓度增加
图6-13 液相只有对流的单向凝固
CL
C0
1
x k0 1
L
Scheil方程
1. 单向凝固的溶质分布
❖ 假定合金的平衡分配系数为常数(同时假定)，即：
K0 CS / CL const.
(1)液相中只有扩散且溶质分布动态稳定
(a) 初始浓度分布
(b) 稳态浓度分布 (c) 最终浓度分布
图6-12 液相只有扩散的单向凝固过程
28
❖ 在初始阶段及凝固后期，液相中的溶质分布规律相当复杂，而在中间的稳态生 长阶段，溶质分布的数学处理要简单得多。假定界面的推进速度V保持不变，在 以界面为原点的动坐标系中，液相中的溶质分布满足如下稳态方程
晶体的升华热越大，晶体结合得越牢固，表面空位形成越困难。因此， 高升华热晶体的表面易于保持光滑状态
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2015 年秋季学期研究生课程考核（研究报告）考核科目:材料相变与相结构分析实践学生所在院（系）:材料科学与工程学院学生所在学科:材料工程（锻压）学生姓名:学号:15S学生类别:应用型考核结果阅卷人实验一 X射线光电子能谱仪的工作原理及基本操作实验地点：新教学楼（格物楼）108实验仪器：Thermo 250 Xi X射线光电子能谱仪实验目的：1、学习X光电子能谱仪的结构和分析原理2、学习定性分析元素的方法3、学习定量分析成分的方法4、熟悉X光电子能谱仪的操作5、掌握X光电子能谱谱图的识别与解析能力操作方法：一、开机1、开总电源ON2、开设备电源ON3、开冷却循环水的电源开关ON4、设备控制柜电源开关ON5、开计算机电源，进入设备控制程序6、将机械泵和分子泵开启，气压降至8E-8 mbar7、开启进样仓仓门，放入测试样品，抽气至真空度低于E-6 mbar8、开启准备仓仓门，将进样仓的样品通过转样台送入准备仓9、关闭准备仓仓门，随后打开分析仓仓门，将样品推入分析仓，关闭分析仓门10、开启X射线枪，中和枪等相关测试枪进行测试二、关机1、关闭X射线枪、中和枪电源2、开启分析仓仓门，将样品移至准备仓，并关闭分析仓仓门3、转移样品至送样台，并开启准备仓仓门，将样品拉回进样仓4、关闭准备仓仓门，开启进样仓仓门，取出样品，同时抽真空5、利用电脑控制系统，关闭分子泵，手动关闭机械泵6、关闭冷却循环水电源OFF7、关闭控制电源柜电源8、关闭总电源OFF主要原理：X-射线光电子能谱仪，是一种表面分析技术，主要用来表征材料表面元素及其化学状态。
其基本原理是使用X-射线，如Al Ka=1486.6eV，与样品表面相互作用，利用光电效应，激发样品表面发射光电子，利用能量分析器，测量光电子动能(K.E)，根据B.E=hv-K.E-W.F，进而得到激发电子的结合能（B.E)。
有原理公式：E K=hν-E b-Φsp（E b：电子结合能；Φsp：谱仪的功函数，一般为常数；E K：电子动能，可实验测得；hν：X射线能量，已知）可见，当入射X射线能量一定，测出功函数和电子的动能，即可求出电子的结合能。
由于每种元素的电子结构是独特的，计算出Eb就可以判定元素的类型。
由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出，因而测得的电子结合能必然反应了表面化学成份的情况。
主要用途：固体样品的表面组成分析，化学状态分析，取样讯息深度为～10nm以内。
功能包括：1、表面定性与定量分析. 可得到小於10um空间分辨率的X射线光电子能谱的全谱资讯。
2、维持10um以下的空间分辨率元素成分包括化学态的深度分析（角分辨方式,氩离子或团簇离子刻蚀方式）。
3、线扫瞄或面扫瞄以得到线或面上的元素或化学态分布。
4.、成像功能。
5、可进行样品的原位处理AES：1）可进行样品表面的微区选点分析（包括点分析，线分析和面分析）；2）可进行深度分析适合：纳米薄膜材料，微电子材料，催化剂，摩擦化学，高分子材料的表面和界面研究。
主要研究领域包括：1、TiO2纳米光催化以及在空气和水净化方面的应用；2、汽车尾气净化催化剂新型金属载体的研究；3、纳米药物载体及靶向药物的研究；4、纳米导电陶瓷薄膜材料的研究；5、纳米杂化超硬薄膜材料及摩擦化学的研究；6、纳米发光材料及纳米分析化学研究；7、有机电致发光材料的表面化学研究；8、纳米材料在香烟减毒净化上的应用研究；9、无机纳米杀菌与抗菌材料及其在饮用水净化上的作用；10、电解水制氧电极材料的研究实验二 X射线衍射仪的工作原理及基本操作实验地点：材料楼204实验仪器：D/max-Rb X射线衍射仪实验目的：1、了解D/max-Rb X射线衍射仪的构造和工作原理2、掌握实验样品的制备和衍射仪实验参数的选择方法3、熟悉X射线衍射仪的操作4、掌握金属、非金属材料的X射线物相定性分析方法和步骤操作方法：一、开机1、开墙上电源开关2、开循环水3、点击Light on按钮，打开设备内灯4、按击Power on按钮，打开XRD电源，等待设备显示是0kV，0mA5、顺时针旋转HT（高压）钥匙，自动加载到30kV，10mA6、开电脑，电脑用户名user-1，密码galaxy7、打开软件Data Collector，点击Instrument→Connect8、Measure→Programme→turn on→OK，自动加载到40kV，40mA，准备完成待测试二、关机1、measure→programme→turn off→OK（电压15kV，电流5mA）2、instrument→disconnect3、关程序data collector，关电脑4、逆时针旋转HT（高压）钥匙5、按击stand by按钮，关闭电源6、点击light off按钮，关闭设备内灯7、关循环水8、关墙上主电源开关原理：x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即一束X射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。
衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。
分析衍射结果，便可获得晶体结构。
对于晶体材料，当待测晶体与入射束呈不同角度时，那些满足布拉格衍射的晶面就会被检测出来，体现在XRD图谱上就是具有不同的衍射强度的衍射峰。
对于非晶体材料，由于其结构不存在晶体结构中原子排列的长程有序，只是在几个原子范围内存在着短程有序，故非晶体材料的XRD图谱为一些漫散射馒头峰。
X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力，精确的进行物相分析，定性分析，定量分析。
广泛应用于冶金，石油，化工，科研，航空航天，材料生产等领域。
主要部件：1、高稳定度X射线源：提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。
2、样品及样品位置取向的调整机构系统：样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。
3、射线检测器：检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。
4、衍射图的处理分析系统：现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。
样品要求：1、金属样品如块状、板状、圆拄状要求磨成一个平面，面积不小于10X10毫米，如果面积太小可以用几块粘贴一起。
2、对于片状、圆拄状样品会存在严重的择优取向，衍射强度异常。
因此要求测试时合理选择响应的方向平面。
3、对于测量金属样品的微观应力（晶格畸变），测量残余奥氏体，要求样品不能简单粗磨，要求制备成金相样品，并进行普通抛光或电解抛光，消除表面应变层。
4、粉末样品要求磨成320目的粒度，约40微米。
粒度粗大衍射强度低，峰形不好，分辨率低。
要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发。
5、粉末样品要求在3克左右，如果太少也需5毫克。
6、样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末。
主要用途：微量物相定性定量分析、点阵参数测定、晶粒尺寸与结晶状态测定等。
实验三热分析仪的工作原理及基本操作实验地点：材料楼520A实验仪器：TAG/SDTA 851e热分析仪实验目的：1、学习热差-热重分析仪的结构和工作原理2、了解热分析方法在材料科学中的应用3、了解热分析样品的要求和样品的制备方法4、熟悉热分析仪的操作方法5、学习热分析仪数据的处理和解析方法6、了解热分析仪使用中的注意事项操作方法：1、打开仪器开关、恒温水浴、保护气瓶及计算机，待仪器校正平衡2、调整保护气及反应气体输出压力分别为20和40ml/min，并待其稳定。
如做静态空气条件下的测试，需将气体流量表中反应气的输出压力调为03、检查并保证测试样品及其分解物不挥发且不与测量坩埚、样品支架、热电偶发生反应，以及测试用坩埚与仪器设置中所选用的坩埚类型相同4、进入测试运行程序，在计算机上进行温度控制编程，将坩埚轻置支架托盘上，待稳定后清零，仪器开始测量基线，测试完毕清零并取出坩埚放入样品，天平稳定后在程序中记录样品质量，仪器开始测量样品曲线5、测试完毕，打开程序评价窗口分析曲线并保存。
待炉温降至室温打开炉体，更换样品或取出样品、关闭气体、恒温水浴及仪器开关，在程序窗口点exit推出后关闭计算机热分析的主要优点：1、可在宽广的温度范围内对样品进行研究；2、可使用各种温度程序（不同的升降温速率）；3、对样品的物理状态无特殊要求；4、所需样品量可以很少（0.1 g-10mg）；5、仪器灵敏度高（质量变化的精确度达10-5）；6、可与其他技术联用；7、可获取多种信息。
实验的注意事项：1、坩埚的选择根据样品的成分、类别等确定其是否与坩埚反应2、实验现象的初步预测判断实验是否有相变、反应的剧烈程度、是否有气体放出、挥发等3、加热速度选择根据相变或是反应的快慢选择4、气氛的选择禁忌使用易挥发物质应用领域与测试范围：广泛应用于塑料、橡胶、涂料、食品、医药、生物有机体、无机材料、金属材料与复合材料等领域。
测量与研究材料的如下特性：熔融与结晶过程玻璃化转变相容性热稳定性结晶度比热固化纯度氧化稳定性／氧化诱导期O.I.T. 多晶形反应热特征温度相转变液晶转变反应动力学材料鉴别实验四电子背散射衍射技术的数据采集及分析实验地点：科学园B1栋SEM1实验仪器：Quanta 200F环境扫描电镜实验目的：1、学习电子背散射衍射技术的原理2、学习电子背散射衍射花样的采集和标定3、学习电子背散射衍射技术的数据处理和分析方法主要性能指标：加速电压：200V~30kV二次电子像分辨率：高真空模式1.2nm（30kV），3.0nm（1kV）低真空模式1.5nm（30kV），3.0nm（1kV）环境真空模式（ESEM）1.5nm（30kV）背散射电子像分辨率2.5nm（30kV）放大倍率：12X—1,000,000X主要附件：EDS与EBSD一体化分析系统EDS分析元素范围：B—UEDS能量分辨率：128eVEBSD花样指标化速率：≥150点（花样）/秒工作原理：在扫描电子显微镜（SEM）中，入射于样品上的电子束与样品作用产生几种不同效应，其中之一就是在每一个晶体或晶粒内规则排列的晶格面上产生衍射。
从所有原子面上产生的衍射组成“衍射花样”，这可被看成是一张晶体中原子面间的角度关系图。
衍射花样包含晶系（立方、六方等）对称性的信息，而且，晶面和晶带轴间的夹角与晶系种类和晶体的晶格参数相对应，这些数据可用于EBSD相鉴定。
对于已知相，则花样的取向与晶体的取向直接对应。
EBSD系统中自动花样分析技术的发展，加上显微镜电子束和样品台的自动控制使得试样表面的线或面扫描能够迅速自动地完成，从采集到的数据可绘制取向成像图OIM、极图和反极图，还可计算取向（差）分布函数，这样在很短的时间内就能获得关于样品的大量的晶体学信息，如：织构和取向差分析；晶粒尺寸及形状分布分析；晶界、亚晶及孪晶界性质分析；应变和再结晶的分析；相签定及相比计算等，EBSD对很多材料都有多方面的应用也就是源于EBSP所包含的这些信息。