AMEYA360：基于蔡司X射線顯微鏡的吸收襯度和衍射襯度成像技術(shù)

X射線衍射襯度斷層成像(Diffraction Contrast Tomography，DCT)是一種無損的三維晶體學(xué)成像方法。利用基于蔡司X射線顯微成像平臺的LabDCT Pro及CrystalCT系統(tǒng)(點(diǎn)擊查看)可以對多晶材料進(jìn)行無損三維晶體結(jié)構(gòu)表征，得到多晶樣品的晶粒尺寸、三維形貌、晶體取向、晶界類型、織構(gòu)分布、應(yīng)力應(yīng)變張量等三維微結(jié)構(gòu)信息。

利用所獲得的晶體模型作為數(shù)值模擬的輸入模型，可以更準(zhǔn)確預(yù)測材料的性能，對于材料加工工藝優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義;結(jié)合吸收襯度和衍射襯度也可以對樣品進(jìn)行多模態(tài)表征，比如研究第二相在晶界的分布;由于DCT是無損成像，還可以動態(tài)原位分析晶粒在熱處理?xiàng)l件下的生長過程。

丹麥Xnovo Technology的應(yīng)用團(tuán)隊(duì)與Ulm University的Dr. Jules Dake利用基于蔡司X射線顯微成像平臺的LabDCT Pro技術(shù)，結(jié)合吸收襯度和衍射襯度，捕捉了Al-5%Cu合金在多次等溫退火過程中晶粒結(jié)構(gòu)的演變，在《Tomography of Materials and Structures》上合作發(fā)表論文《Grain structure evolution during heat treatment of a semisolid Al-Cu alloy studied with lab-based diffraction contrast tomography》。

同時(shí)具有高時(shí)間分辨率和空間分辨率的三維實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是驗(yàn)證材料現(xiàn)象計(jì)算模型的關(guān)鍵。文章在現(xiàn)有的Al-Cu模型體系上跟蹤退火過程晶粒結(jié)構(gòu)的演變，為粉末壓坯在燒結(jié)后期的晶粒重新排列、致密化和晶粒粗化提供了參考。該研究表明，Al-5%Cu合金經(jīng)過十次退火后，初始組織由1934個(gè)晶粒減少到934個(gè)晶粒，而平均晶粒尺寸由194μm增大到247μm。

對單個(gè)晶粒生長的初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)初期階段，消失的通常是較小的晶粒。此外，無論晶粒尺寸如何，單個(gè)晶粒的取向變化通常很小，但是當(dāng)晶粒突然出現(xiàn)較大旋轉(zhuǎn)時(shí)，大概率發(fā)生在較小晶粒消失前的上一次退火處理中。下圖展示了一個(gè)小晶粒以及它旁邊兩個(gè)穩(wěn)定的晶粒，小晶粒在消失之前取向旋轉(zhuǎn)了5度以上(因此IPF的顏色從綠色變?yōu)榍嗑G色)。

隨著樣品總退火時(shí)間的增加，晶粒逐漸粗化，晶粒的空間分布、三維形貌等信息可從DCT結(jié)果中得到，而ACT結(jié)果能看出Cu沿晶界富集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從t0到t5再到t10，樣品中形成孔隙網(wǎng)絡(luò)，孔隙率逐漸提高。

在熱處理過程中晶粒接觸的結(jié)晶學(xué)行為對微觀組織的演變起著重要作用，可將所獲得的晶體模型作為模擬的輸入模型，進(jìn)一步研究晶粒粗化行為。

蔡司X射線顯微鏡結(jié)合吸收襯度和衍射襯度成像技術(shù)，為材料研究及表征提供豐富的解決方案。