电子背散射衍射(EBSD)在材料研究中的应用

电子背散射衍射（EBSD）技术是一种先进的材料表征方法，其历史可以追溯到20世纪初的电子显微镜研究。以下是对EBSD技术及其应用的重新描述：

1. EBSD技术的历史与发展

电子背散射衍射技术最早在1928年通过透射电子显微镜观察到的菊池线现象中被注意到。这些菊池线是由透射电子形成的。1954年，首次通过透射电子显微镜记录了LiF、KI、NaCl和PbS2晶体的大角度菊池花样，标志着EBSD技术的正式诞生。1973年，EBSD技术在扫描电子显微镜上的应用，开启了其在材料科学领域的广泛应用。到了20世纪80年代后期，荧光屏和电视相机的使用使得EBSD花样的接收和采集变得更加便捷。20世纪90年代，EBSD技术的自动化标定成为可能。如今，随着数码相机、计算机和软件技术的进步，EBSD技术已经实现了从花样接收、采集到标定的完全自动化，能够每秒获取超过100帧的菊池花样及其标定结果，广泛应用于地质学、微电子学和材料科学等多个领域。

2. EBSD的形成原理及其物理意义

EBSD系统通常安装在扫描电子显微镜或电子探针上，样品表面与水平面呈约70度角。当入射电子束进入样品后，会与样品内的原子发生散射，部分电子因散射角较大而逸出样品表面，这些电子被称为背散射电子。在逸出过程中，满足布拉格衍射条件的电子会形成衍射，产生菊池带。每条菊池带的中心线代表了发生衍射的晶面族的扩展线，而菊池带的交点则对应于晶面族的共有方向。EBSD图像（EBSP）通常包含多条菊池带，这些带通过CCD数码相机数字化后传送至计算机进行标定和计算。EBSD是一种表面分析手段，主要分析样品表面约几十纳米深度的薄层。

3. EBSD在材料研究中的应用

EBSD技术在材料科学中的应用广泛，主要包括以下几个方面：

1.晶粒取向和织构分析：通过EBSD荧光屏接收的花样，可以利用CCD数码相机采集并传送至计算机进行Hough变换，探测菊池带的位置并计算其夹角，从而标定晶粒的晶体学取向。EBSD技术能够以极高的速度测定EBSP花样并给出晶粒的取向结果，空间分辨率可达纳米级别。

Ni的典型 EBSP 花样

2.物相鉴定：EBSD技术结合能谱（EDS）可以用于物相鉴定。通过测定待鉴定物相的元素组成，采集EBSP花样，并与可能形成的物相对比，确定物相。

不锈钢中 AlN 和 Cr23C6 的 EBSP 及其标定结果

3.应变分布测定：EBSD技术可以通过花样质量图法、晶界分布图、局部错配图、晶内错配图和等应变图等多种方法来测定材料的应变分布。

裂纹附近应变分布

4.晶界性质研究：在测定晶粒晶体学取向的基础上，EBSD技术可以计算晶粒间的错配角，区分不同类型晶界，并研究晶界是否为共格晶界。

5.晶格常数测定：通过测量菊池带宽度，可以计算晶面间距，从而间接测定晶格常数。

4. 结语

EBSD技术作为一种成熟的材料表征方法，具有广泛的应用前景。其独特的优势在于能够提供晶体学取向、微区织构、取向关系、惯习面、物相鉴定、应变分布、晶界性质和晶格常数等多种信息。与传统的X射线衍射和透射电子显微镜相比，EBSD技术在材料科学领域具有不可替代的地位。