中子织构分析

生活百科 2023-01-17 17:58生活百科www.aizhengw.cn

中子织构分析

中子织构分析(Neutron texture analysis)是一种适于表征块体多晶材料中晶粒取向分布(织构)并进行原位分析的技术。通过获得材料内部织构信息以及在变形或使役条件下织构的演化,可以理解物理性质的各向异性、材料变形机理以及服役性能。该技术的主要套用为研究粗大晶粒材料、无损测量试样在不同状态时的极图、探测弱织构以及多相体系的织构研究。

技术简述

在材料科学中,织构是指多晶样品中晶体学取向的分布。晶粒取向完全无规则分布的试样没有织构。如果晶体学取向并不随机而有一些择优取向,那幺试样可能有弱、中、强等不同程度的织构。织构测量方法有很多种,归结起来是基于X射线、中子、电子三种辐射源的衍射方法。电子衍射法适合于测试微观织构,而X射线与中子衍射法适于测量巨观织构。与实验室X射线相比,中子衍射更适合于测量块体材料中的织构并进行原位研究。
通常使用极图来表示织构。所谓极图,即指一系列代表性晶粒的特定晶体学轴(或极)在试样坐标系空间中的投影图。在实验过程中,通常採用四圆测角仪实现对被测样品的三维位置操作。测试时的几何布局通常由反射与透射式两种模式。通过不同衍射仪结构(常波长与飞行时间模式)与不同探测类型(点与二维面探测器)的配合,可实现织构测试时间的长短调整。

技术优势

中子织构分析的主要优势来自于中子探针的深穿透性。中子衍射测织构时所测的试样体积是X射线测试时的1至100万倍。,中子衍射法是研究全局织构的有效工具。可达到立方厘米的大测量试样体积,一方面使分析粗大晶粒材料成为可能,另一方面增加了细晶材料的晶粒统计性。而且,对于非均匀织构,中子织构分析测的是织构平均效应,因而可很好与机械测试(以类似的试样体积进行测试)进行关联。第二个优势在于试样製备。其主要步骤是把样品固定在试样架上,而并不需要如抛光的表面处理。这是因为毫米级的试样表面粗糙度对测量精度并无重要影响。理想的中子样品是球体,此时不存在各向异性吸收。,由于大多数材料都有相对高的穿透深度,圆柱或立方状样品的测试表现出于球体试样相同的精度。,由于简单的试样製备,实际测量时优先考虑立方与球形样品。

织构与材料性能

材料性能如强度、化学反应活性、应力腐蚀]裂纹抗力、焊接性、变形行为、抗辐照损失性能以及磁化率等,都强烈依赖于材料的织构与微观结构的相关变化。在许多材料中,其性能是织构指向性的(即存在有利织构)。材料製备或使用过程中不利织构的发展,可以产生初始或恶化的失效。,在选择材料及製造方法时,考虑织构就显得尤其关键。当某个部件失效时,理解其织构对失效分析数据的解释至关重要。

国内相关装置

国内三家中子源中,中国原子能科学研究院的研究堆已建有中子织构测量装置,该装置为四圆模式。,中国工程物理研究院建成的中子衍射应力谱仪已于近期实现基于测角仪与机械臂的织构测量功能,并已经获得多幅极图的实验数据。

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