EBSD干货分享:字典标定法与球形标定法拯救晶体取向分析

电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction,EBSD)技术通过分析电子束在晶体中产生的背散射衍射花样(EBSP),确定晶体的取向、晶界、织构等信息。传统的EBSD分析依赖Hough变换,将菊池带的位置及取向与晶体学数据库进行比对,从而得到晶体取向,实现高效的标定。然而,当EBSD图谱质量较差或出现重叠花样时,基于Hough变换的索引效率会下降,此时必须采用其他替代算法。为解决这一问题,花样匹配技术被提出:字典标定法和球形标定法。本文介绍了字典标定法和球形标定法的技术原理,并对两种方法的优势与局限性进行了对比分析。

字典标定法|Dictionary Indexing

技术原理:

通过预计算生成取向空间均匀的EBSD花样字典,字典里包含模拟EBSD花样数据库(主花样),可以导出单独的模拟EBSD花样,每个花样代表了一个取向。每个实验采集的花样都与模拟EBSD花样做相关性分析,从而完成晶体学的标定。

EBSD干货分享:字典标定法与球形标定法拯救晶体取向分析

图1 Ni样品的模拟EBSD主花样。这是在30kV模拟下的极射赤面投影,中心为[001],右上角显示了几个显著的带轴位置

(DOI:10.1017/S1431927613001840)

技术优势:

当EBSD花样质量很差时,无法通过Hough变换实现可靠的衍射带探测标定,但字典标定在多数情况下仍能提供良好的标定结果。这使得字典标定能适用于那些传统EBSD分析技术无法完成标定的材料研究,如变形材料或纳米晶材料。此外,字典标定法也能够提升花样标定的质量(如消除误标或提供高精度的取向测量结果)。

局限性:

字典标定法最大缺点在于速度,各过程都很耗时,如创建主花样;导出单个模拟EBSD花样;采集实验花样;图像相关性的计算,以提供所需取向和相信息。

球形标定法|Spherical indexing

技术原理:

球形标定法是对字典标定法的精修,旨在提高分析速度,从而提高该方法的实用性。球形标定法与字典标定法相似:实验导出的EBSD花样与模拟EBSD花样做相关性计算,以确定最匹配的取向和相。不同点在于,主花样通过球谐变换(SHT),与背投影上的实验花样相关联。

EBSD干货分享:字典标定法与球形标定法拯救晶体取向分析

图2 球形标定法示意图。左图为Ni样品(20kV)的菊池球形图;右图绘制了一个平面代表了探测器花样图案,相交点为图形中心

(DOI:10.1016/j.ultramic.2019.112841)

技术优势:

球形标定法的核心优势在于无需与计算海量字典花样,且计算需求不随晶体对称性的降低而极具增加,索引速度可以提升1-2个数量级。同时,其也能在Hough变换标定失效的情况下,提供与字典标定法类似的数据质量。

相关案例

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图3 相同样品(Ni样品)在不同标定方法下的EBSD对比图,即Hough变换(HI)、字典标定法(DI)、不同带宽(53、63)的球形标定法(SI)

(DOI:10.1016/j.ultramic.2019.112841)

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