Takaisinsirontaelektronidiffraktion käyttö materiaalitutkimuksessa

Abstract

Takaisinsirontaelektronidiffraktio (engl. electron backscatter diffraction, EBSD) soveltuu materiaalin mikrorakenteen selvittämiseen. Pyyhkäisyelektronimikroskoopin (engl. scanning electron microscope, SEM) elektronisuihku diffraktoituu näytemateriaalin kidetasojen ansiosta, minkä vuoksi syntyneestä diffraktiokuviosta voidaan selvittää materiaalin kiderakenne. Mittausdatan perusteella voidaan tunnistaa näytteessä olevat faasit sekä yksittäisten kiteiden orientaatio. EBSD-menetelmää voidaan käyttää EDS-mittausten (engl. energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS) kanssa rinnakkain, jolloin materiaalin koostumuksen lisäksi voidaan selvittää myös sen rakenne, jolloin materiaali voidaan karakterisoida tarkemmin. EBSD ja EDS täydentävät toisiaan tätä tarkoitusta varten. EBSD-menetelmää voidaan käyttää kiteisiin materiaaleihin samanaikaisesti EDS:n kanssa. EBSD on suhteellisen pintaherkkä menetelmä, mikä vaatii kiteisen ja erittäin tasaisen näytepinnan. Tästä johtuen näytteenvalmistus vaatii erityistä huomiota. EBSD-menetelmä soveltuu erinomaisesti metallurgisten näytteiden mittaamiseen, mutta sitä voidaan hyödyntää myös esimerkiksi geologisten näytteiden karakterisointiin. SEM:n elektronisuihkun parametreilla on suuri vaikutus mittausten onnistumiseen ja ne riippuvat paljolti mitattavan näytteen tyypistä. Mittaukset voidaan suorittaa myös korkeammassa kammiopaineessa, mikä on hyödyllistä heikosti sähköä johtavien näytteiden kohdalla. Materiaalin kiderakenteen ja kiteiden orientaatioiden perusteella näytteestä voidaan määrittää raekoko ja raerajat, sekä niiden jakaumat mitatulla alueella. Tällöin saavutetaan visuaalisten karttojen lisäksi myös statistista tietoa. Raerajajakaumasta voidaan nähdä minkä verran näytteessä on esimerkiksi matalan tai korkean kulman raerajoja sekä kaksosrajoja. Mittauksilla voidaan selvittää se, kuinka kiteytynyttä materiaali on, ja tämän lisäksi voidaan myös havaita mahdolliset deformaatiot näytemateriaalissa.