Țesut (cristalografie)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În cristalografie , termenul textură indică distribuția orientărilor cristalite într-un policristal . Se spune că un material policristalin în care aceste orientări sunt complet aleatorii este lipsit de textură. Dacă orientările cristalografice nu sunt aleatorii, dar prezintă o anumită orientare preferențială, atunci materialul prezintă o textură slabă, moderată sau puternică. gradul depinde de procentul de cristale caracterizat de orientarea preferențială. Țesutul este prezent în toate materialele și poate avea o mare influență asupra proprietăților lor. Conceptul de textură reapare și în geologie , deoarece rocile prezintă și o textură legată de istoria termomecanică a proceselor lor de formare.

O situație extremă este lipsa completă de textură: un solid cu orientare cristalită perfect aleatorie va prezenta proprietăți izotrope pe scări de lungime suficient de mari decât dimensiunea cristalitei. Extrema opusă este un singur cristal perfect, care va avea în mod necesar proprietăți anizotrope .

Caracterizare și reprezentare

Există diverse metode pentru determinarea texturii. [1] Unele dintre ele permit o analiză cantitativă a texturii; altele sunt doar calitative. Dintre tehnicile cantitative, cea mai utilizată este difracția de raze X care folosește protectoare pentru texturi, urmată de metoda difracției de retrodifuzare a electronilor ( difracție de retrodifuzare a electronilor, EBSD) în microscopii electronici de scanare . Analiza calitativă se poate face folosind o fotografie Laue , o simplă difracție cu raze X sau cu un microscop polarizat. Difracția cu neutroni și difracția cu sincronizare cu raze X de mare energie permit accesul la texturi materiale masive și efectuarea analizelor in situ , în timp ce instrumentele de laborator pentru difracția cu raze X sunt mai potrivite pentru texturile cu film subțire .

Textura este adesea reprezentată folosind o figură polară , în care, având în vedere un set reprezentativ de cristalite, din fiecare dintre ele este trasată o axă (sau pol) cristalografică specifică într-o proiecție stereografică, împreună cu direcțiile aferente istoriei transformării a materialului. Aceste direcții definesc așa-numitul cadru de referință al eșantionului și, deoarece studiul texturilor a început inițial de la prelucrarea la rece a metalelor, ele sunt denumite de obicei direcție de rulare DR , direcție transversală DT și direcție normală DN . Pentru firele metalice trase, a fost găsită axa fibrei cilindrice ca fiind direcția probei în jurul căreia se observă în mod obișnuit orientarea preferată (vezi mai jos).

  • Difractometru cu patru cercuri sau leagănul lui Euler, pentru măsurarea texturii cu difracție de raze X

  • Poziția χ pentru măsurarea reflexiei

  • Poziția ω pentru măsurarea transmisiei

Țesături de tip comun

Există diverse texturi frecvent întâlnite în materialele prelucrate. Acestea sunt numite după omul de știință care le-a descoperit sau din materialul în care sunt în mare parte găsite. Pentru simplitate, acestea sunt exprimate în indici Miller .

  • Componentă cubică: (001) [100]
  • Componentă din alamă: (110) [- 112]
  • Componenta de cupru: (112) [11-1]
  • Componenta S: (123) [63-4].

Funcția de distribuție a orientării

Reprezentarea completă tridimensională a texturii cristalografice este dată de funcția de distribuție a orientărilor , ( funcția de distribuție a orientării , ODF), care poate fi obținută prin evaluarea unui set de figuri polare sau spectre de difracție. Ulterior, toate figurile polare pot fi derivate din .

Acolo este definită ca fracțiunea din volumul boabelor policristaline cu o anumită orientare .

Orientare este identificat în mod normal folosind trei unghiuri Euler . Unghiurile Euler descriu apoi tranziția de la cadrul de referință al eșantionului la cadrul de referință cristalografic al fiecărui bob de policristal. Astfel ajungem la un set mare de unghiuri Euler diferite, a căror distribuție este descrisă de .

Funcția de distribuție a orientărilor, , nu poate fi măsurat direct prin nicio tehnică. În mod tradițional, atât difracția de raze X, cât și EBSD pot detecta modele polare. Există mai multe metodologii pentru a obține din cifre polare sau din date în general, care pot fi clasificate în funcție de modul în care reprezintă . Unii reprezintă ca funcție, o sumă de funcții sau extindeți-o într-o serie de funcții armonice. Altele, cunoscute sub numele de metode discrete, împart spațiul în celule și concentrați-vă pe determinarea valorii în fiecare celulă.

Origini

Scanarea unei biele forjate , secționate, care a fost corodată pentru a arăta fluxul de cereale.

În fire și fibre , toate cristalele tind să aibă o orientare aproape identică în direcția axială, dar aproape aleatorie în direcția radială. Cele mai familiare excepții de la această regulă sunt fibra de sticlă , care nu are structură cristalină , și fibra de carbon , în care anizotropia cristalină este atât de mare încât un filament de bună calitate va fi un singur cristal distorsionat cu simetrie aproximativ cilindrică. rulou de jeleu). Fibrele monocristale nu sunt, de asemenea, neobișnuite.

Fabricarea tablelor implică adesea compresie într-o direcție și, în operațiuni de rulare eficiente, tensiune în alta, care poate orienta cristalitele în ambele axe printr-un proces cunoscut sub numele de flux de cereale . Cu toate acestea, lucrul la rece distruge o mare parte din ordinea cristalină, iar noile cristalite care apar cu recoacere au de obicei o textură diferită. Controlul țesutului este extrem de important în fabricarea foilor de fier moi pentru miezurile transformatoarelor (pentru a reduce histerezisul magnetic ) și a cutiilor de aluminiu (deoarece extragerea profundă necesită o plasticitate extremă și relativ uniformă).

Textura din ceramică apare, de obicei, deoarece cristalitele dintr-o suspensie au forme care depind de orientarea cristalină, adesea asemănătoare acului sau a plăcilor. Aceste particule se aliniază atunci când apa părăsește aluatul sau când se formează argilă.

Recuplarea sau alte tranziții fluide-solide (adică depunerea filmelor subțiri ) produc solide texturate atunci când există suficient timp și energie de activare pentru ca atomii să-și găsească locul în cristalele existente, mai degrabă decât să se condenseze ca un solid amorf sau să dea viață cristale noi cu orientare aleatorie. Unele fațete ale unui cristal (adesea planurile strâns umplute) cresc mai repede decât altele, iar cristalitele pentru care unul dintre aceste planuri indică în direcția creșterii vor depăși de obicei concurența cu cristalele din celelalte orientări. În caz extrem, un singur cristal va supraviețui după un anumit interval: acest fenomen este exploatat în procesul Czochralski (dacă nu se folosește un germen cristalin ) și în topirea elicelor turbinei și a altor părți sensibile la alunecare .

Textura și proprietățile materialelor

Proprietățile materialelor, cum ar fi rezistența ,[2] reactivitatea chimică , [3] rezistența la fisurare prin coroziune prin stres , [4] sudabilitate , [5] comportament sub deformare ,[2] [3] rezistență la daune radioactive [6] [7] și susceptibilitatea magnetică [8] poate fi foarte dependentă de textura materialului și de modificările aferente ale microstructurii . În multe materiale, proprietățile sunt specifice texturii, iar dezvoltarea texturilor nefavorabile atunci când materialul este fabricat sau în uz poate crea puncte slabe care pot iniția sau exacerba eșecurile.[2] [3] Părțile pot să nu funcționeze din cauza texturilor nefavorabile din materialele lor componente. [3] [8] Defecțiunile pot fi legate de texturile cristaline formate în timpul fabricării sau utilizării componentei respective.[2] [5] În consecință, luarea în considerare a texturilor care sunt prezente și care s-ar putea forma în componentele proiectate în timpul utilizării poate fi un factor crucial atunci când se iau decizii cu privire la selectarea anumitor materiale și metodele utilizate pentru a produce piese cu aceleași materiale.[2] [5] Când părțile eșuează în timpul utilizării sau abuzului, înțelegerea texturilor care apar în acele părți poate fi crucială pentru interpretarea corectă a datelor de analiză a defecțiunilor .[2] [3]

Texturi de film subțire

Texturile pronunțate apar în filmele subțiri . Dispozitivele tehnologice moderne se bazează în mare măsură pe pelicule subțiri policristaline cu o grosime cuprinsă între nanometri și micrometri. Acest lucru se aplică, de exemplu, tuturor sistemelor microelectronice și celor mai optoelectronice sau straturilor senzoriale și supraconductoare . Cele mai multe texturi de peliculă subțire pot fi clasificate în două tipuri diferite: (1) pentru așa-numitele texturi fibroase, orientarea unui anumit plan reticular este de preferință paralelă cu planul substratului. (2) În contrast, în texturile biaxiale, orientarea internă a planului cristalit devine fixă ​​în raport cu proba. Ultimul fenomen este observat în consecință în procesele de creștere cvasi- epitaxială , unde axele cristalografice ale stratului tind să se alinieze de-a lungul celor ale substratului.

Adaptarea țesutului la cerere a devenit o sarcină importantă în tehnologia filmului subțire. În cazul oxizilor compușilor destinați filmelor conductive transparente sau dispozitivelor cu undă acustică de suprafață ( undă acustică de suprafață, SAW), de exemplu, axa polară ar trebui aliniată de-a lungul normalului la substrat. [9] Un alt exemplu este dat de cablurile supraconductoare la temperatură înaltă, care sunt dezvoltate ca sisteme multistrat de oxizi depuși pe benzi metalice. [10] Ajustarea texturii biaxiale în straturile de YBa 2 Cu 3 O 7 s-a dovedit a fi premisa decisivă pentru a atinge curenți critici suficient de mari. [11]

Gradul de textură este adesea supus unei evoluții în timpul creșterii peliculelor subțiri [12] și cele mai pronunțate texturi se obțin numai după ce stratul a atins o anumită grosime. Prin urmare, producătorii de filme subțiri necesită informații despre profilul texturii sau gradientul texturii pentru a optimiza procesul de depunere. Determinarea gradienților de textură prin difracție de raze X , totuși, nu este simplă, deoarece adâncimile probei diferite contribuie la semnal. Tehnici care permit deconvoluția adecvată a intensității difracției au fost dezvoltate abia recent. [13] [14]

Notă

  1. ^ H.-R. Wenk și P. Van Houtte, Textură și anizotropie , în Rep. Progr. Fizic. , vol. 67, 2004, pp. 1367-1428, DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 67/8 / R02 . Cod Bib : 2004RPPh ... 67.1367W .
  2. ^ a b c d e f O. Engler și V. Randle, Introduction to Texture Analysis: Macrotexture, Microtexture, and Orientation Mapping, Ediția a doua , CRC Press, 2009, ISBN 978-1-4200-6365-3 .
  3. ^ a b c d e UF Kocks, CN Tomé, H. -R. Wenk și H. Mecking, textură și anizotropie: orientări preferate în policristale și efectele lor asupra proprietăților materialelor. , Cambridge University Press., 2000, ISBN 978-0-521-79420-6 , ..
  4. ^ DB Knorr, JM Peltier și RM Pelloux, "Influența texturii cristalografice și a temperaturii de testare asupra inițierii și propagării fisurilor de corodare a stresului de iod în Zircaloy" ,, Zirconiu în industria nucleară: al șaselea simpozion internațional , Philadelphia, PA, ASTM, 1972 , pp. 627-651.
  5. ^ a b c Peter Rudling, A. Strasser și F. Garzarolli., Welding of Zirconium Alloys ( PDF ), Suedia, Advanced Nuclear Technology International, 2007, pp. 4-3 (4-13). Adus la 11 august 2012 (arhivat din original la 22 ianuarie 2012) .
  6. ^ YS Kim, HK Woo, KS Im și SI Kwun, Cauza pentru coroziunea sporită a aliajelor de zirconiu de către hidruri , în zirconiu în industria nucleară: al treisprezecelea simpozion internațional. , Philadelphia, PA, ASTM, 2002, p. 277, ISBN 978-0-8031-2895-8 .
  7. ^ Brachet J., Portier L., Forgeron T., Hivroz J., Hamon D., Guilbert T., Bredel T., Yvon P., Mardon J., Jacques P., Influence of Hydrogen Content on the α / β Temperaturile de transformare a fazelor și comportamentul termico-mecanic al aliajelor Zy-4, M4 (ZrSnFeV) și M5 (ZrNbO) în timpul primei faze a tranzitorului LOCA, în zirconiu în industria nucleară: al treisprezecelea simpozion internațional. , Philadelphia, PA, ASTM, 2002, p. 685, ISBN 978-0-8031-2895-8 .
  8. ^ a b BC Cullity, Elements of X-Ray Diffraction , Statele Unite ale Americii, Addison-Wesley, 1956, pp. 273-274.
  9. ^ M. Birkholz, B. Selle, F. Fenske și W. Fuhs, Relația structură-funcție între orientarea preferată a cristalitelor și rezistivitatea electrică în ZnO policristalin subțire: filme Al , în Phys. Rev. B , vol. 68, 2003, pp. 205-414, DOI : 10.1103 / PhysRevB.68.205414 . Bibcode : 2003PhRvB..68t5414B .
  10. ^ A. Goyal, M. Parans Paranthaman și U. Schoop, Abordarea RABiTS: Utilizarea suporturilor cu textură biaxială asistată la rulare pentru supraconductori YBCO de înaltă performanță , în MRS Bull. , vol. 29, 2004, pp. 552-561.
  11. ^ Y. Iijima, K. Kakimoto, Y. Yamada, T. Izumi, T. Saitoh și Y. Shiohara, Cercetarea și dezvoltarea șabloanelor IBAD-GZO cu textură biaxială pentru supraconductori acoperiți , în MRS Bull. , vol. 29, 2004, pp. 564-571.
  12. ^ A. van der Drift, Selecția evolutivă, un principiu care guvernează orientarea creșterii în straturile depuse de vapori , în Phil. Res. Rep. , Vol. 22, 1967, pp. 267-288.
  13. ^ J. Bonarski, tomografie cu textură cu raze X a suprafețelor apropiate , în Progr. Mat. Sc. , Vol. 51, 2006, pp. 61-149, DOI : 10.1016 / j.pmatsci.2005.05.001 .
  14. ^ M. Birkholz, Modelarea difracției de la gradienții texturii fibrelor în filme policristaline subțiri , în J. Appl. Strigă. , vol. 40, 2007, pp. 735–742, DOI : 10.1107 / S0021889807027240 .

Lecturi suplimentare

  • Bunge, H.-J. Mathematische Methoden der Texturanalyse (1969). Akademie-Verlag, Berlin
  • Bunge, H.-J. Analiza texturii în știința materialelor (1983). Butterworth, Londra
  • Kocks, UF, Tomé, CN, Wenk, H.-R., Beaudoin, AJ, Mecking, H. Textură și anizotropie - Orientări preferate în policristale și efectul lor asupra proprietăților materialelor (2000). Cambridge University Press, Cambridge. ISBN 0-521-79420-X
  • Birkholz, M., capitolul 5 din Analiza filmului subțire prin împrăștiere cu raze X (2006). Wiley-VCH, Weinheim. ISBN 3-527-31052-5
  • Rogante, M., Textura și proprietățile materialelor, Design, VNU, Ed., Cinisello B., Milano, Vol. 247 (2001), pp. 72–76.

linkuri externe

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh85134412
Adus de la " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Tessitura_(cristallografia)&oldid=107999186 "