EBSD系统中的花样标定与应力分析问题研究

作     者：房尚强 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：缪泓

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：EBSD系统 梯度分析 强弱边界 标定校正 旋转相关匹配 

摘      要：电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction,简称EBSD)系统可应用于几乎所有的晶体材料,是材料显微结构分析中的重要工具。它作为一个安装在扫描电子显微镜中的辅助设备,能够有效地给出材料的晶粒大小、晶体结构及取向、相含量以及织构等晶体学信息。此外,EBSD系统还可以在高分辨率条件下对微观结构的残余应力分布进行表征,成为了晶体材料应力分析问题的最佳分析系统。EBSD系统中的关键环节是通过衍射花样获取相应的晶体学信息,这依赖于其花样标定算法。目前的商用EBSD标定软件的算法均是基于Hough变换来实现,根据仪器生产商提供的数据,其菊池带角度的标定误差在±5°左右,相对误差为10%左右。在此误差基础上通过投票算法,从而给出一个可能性最高的晶面取向;若能在花样标定阶段提高精度,在一个更小的角度误差下进行投票,便可提高晶体取向的标定精度。本文提出了一种高精度EBSD花样标定校正方法:先基于梯度分析获得菊池带的强弱边界位置,再利用菊池极特征对弱边界进行校正,从而完成整个标定校正过程。在实验验证阶段,文中以商用系统采集的单晶硅衍射花样为例,对其进行标定算法验证。先用梯度分析方法检测出菊池带的强弱边界直线簇,对直线簇进行分组加权处理,得到菊池带的强弱边界的位置,与理论值作对比得出算法的角度标定误差在2%-8%左右,比商用算法(10%左右)已有较大提升;再结合菊池极的旋转对称性特征,对弱边界进行校正,从而完成宽度校正。针对不同菊池带,校正后的标定算法能够不同程度的减少10%-90%的宽度标定误差,证明了本文标定算法的可行性与可靠性。此外,根据标定算法计算出的菊池极中心点坐标,再结合旋转匹配DIC算法,本文搭建了一个EBSD残余应力分析系统,可以实现对晶体材料的残余应力状态分析。