多片层法模拟电子背散射衍射花样

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经过几十年的发展，EBSD技术已经成为分析晶体材料微观结构的重要手段之一。然而，现有的EBSD软件都是用运动学电子衍射理论模拟的EBSD花样。用运动学理论模拟的EBSD花样只是在几何学上与实验花样相匹配，无法对实验花样的强度信息进行解释。这是因为电子背散射衍射过程非常复杂，电子与样品的相互作用是一个包括多次弹性和非弹性散射的过程。要进行精细的电子背散射衍射花样模拟必须采用动力学衍射理论。动力学理论方法主要包括布洛赫波法(BW)和多片层法(MS)。多片层方法包括传统多层法(CMS)、实空间法(RS)和改进多片层法(RRS)。最近，适用于透射电子衍射模拟的BW法已经成功模拟出EBSD花样。虽然BW法和CMS法以及RS法都各不相同，但这些方法都采取了高能近似来解薛定谔方程，而改进多片层法(RRS)对前散射电子没有采取任何近似。本文我们主要运用RS法和RRS法对EBSD花样进行了模拟；进一步用RRS法模拟分析了各种因素对EBSD花样的影响。主要研究内容及结果如下：
　　第一、介绍了基于薛定谔方程得到的两种多片层方法（RS法和RRS法），并从理论分析了两种电子动力衍射计算方法之间的关系。确定了计算模型来处理EBSD散射过程：第一个过程是入射过程，第二个过程是出射过程。在数值模拟过程中，我们不考虑第一个过程，因为我们仅关心电子束怎样携带样品信息从样品中出射出来。对第二个过程根据倒易性原理，可以用模拟透射电子衍射花样的动力学理论来计算。
　　第二、在不同计算参数下（电压、德拜因子和光阑半径），分别仔细对比了RS法和RRS法模拟的EBSD花样。在相同计算条件下，RRS法模拟得到的EBSD花样视角要大于RS法模拟的EBSD花样。用RRS法模拟得到的EBSD花样中不经过中心菊池极的菊池带是弯曲的，这与真实情况更符合。通过 RRS法模拟的衍射花样中的HOLZ环半径，计算得到的晶格常数要比RS法更加精确。分析讨论了用这两种方法模拟 EBSD花样存在差异的原因。并且对比了二阶和三阶RRS法的计算时间。最后综合考虑计算时间和计算精度，得到结论是二阶 RRS法更适合模拟EBSD花样。
　　第三、用RRS法精确模拟了EBSD花样。对比了RRS法模拟的EBSD花样与实验花样，两者在衍射衬度和清晰度等方面存在差异，这是因为非弹性散射等原因造成的。接下来采用RRS法模拟了电子能量展宽和倾斜入射对的EBSD花样特征的影响。其中电子能量展宽影响衍射花样的衬度和清晰度，倾斜入射则影响EBSD花样中的具体衍射细节。
　　第四、用RRS方法模拟了电子束入射深度对EBSD花样的影响。在一定深度范围内，不同深度处衍射花样的特征是不一样的，而且这种影响与晶体结构对称性无关。这些衍射花样特征无法从试验上获得，但是通过对EBSD花样进行动力学电子衍射模拟，可以获得这些详细的信息。这对于深入地理解EBSD花样与入射深度之间的关系是非常有益的。另一方面，也有助于我们也能从试验花样中获得更多的与入射深度有关的信息。

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作者
刘全宝;
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作者单位

湘潭大学;

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授予单位湘潭大学;
学科材料科学与工程
授予学位硕士
导师姓名蔡灿英;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 X射线;
关键词
多片层法; 电子背散射; 衍射花样; 晶体材料; 微观结构;

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