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首先,了解什么是晶体材料以及微观组织的概念是非常必要的。

熟悉的材料,如金属,矿物或陶瓷等都是晶体。在晶体材料中,构成物质的原子在空间上周期性排列。这些周期性排列可以用三维虚拟网格点来表示,网格点代表原子,这种结构被称为晶体点阵。当然,原子重复单元中原子的大小和间距都是非常小的。例如,在铝材料中,原子排列在立方体的角落和面心处。立方体的边长是0.405nm,约人头发的1/20。(1nm为10-9m)。

在原子大小的尺度下,材料晶体结构的排列是非常有规律的。有时,原子可以形成晶体结构在几个毫米范围都均匀的单晶。大家都熟悉的天然晶体矿物的外观,如石英。在这些例子中,晶体的形状和对称性反映了原子结构的潜在规律。单晶也可以人工合成。例如,用于微电子单晶硅晶片可以小至300mm宽。

Left: The unit cell for aluminium. The atoms are at the corners and face centres of a cube. <br /> Right: The unit cell for alumina containing aluminium atoms (red) and oxygen atoms (green).

左图:铝的单胞。原子位于立方体的角落和面心。
右图:氧化铝的单胞由铝原子(红)和氧原子(绿)组成。

A crystal structure formed by a group of atoms repeated at points on a crystal lattice

由一组在晶体点阵中重复的原子构成的晶体结构。

Material is commonly an aggregate of single crystal grains

材料通常是由单晶粒构成。

Grain structure visible in a casting

铸件中的晶粒结构。

然而,通常的情况是晶体结构只是在一个很小的范围内是均匀的。材料经常是由一些单晶粒构成。这种材料称为多晶体,颗粒大小可以从几个纳米到肉眼可见范围。即使在单晶中,晶体点阵也不是完美的,也可能包含对材料性能有重要影响的缺陷。材料的微观组织是晶粒和其他微观成分如气孔和夹杂物的集合。

通常用于工程中的材料,如钢和铝是多晶材料,所以一项用于详细分析他们微观组织的技术是非常重要的。从EBSD技术的角度来看,多晶材料有两个重要的特点。首先,不同晶粒的晶体有不同的取向。这意味着不同晶粒晶体点阵的边缘指向不同的方向——如果你无法在脑海中想象出来,下面的章节将会有更详尽的介绍!其次,多晶材料中不同取向的晶粒相交的区域称为晶界。

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