本發(fā)明涉及衍射數(shù)據(jù)處理，具體地，涉及一種單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、中子衍射作為一種無(wú)損表征技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于單晶材料的研究?，F(xiàn)有中子衍射實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)固定歐拉角，利用二維面探測(cè)器進(jìn)行單次衍射數(shù)據(jù)搜集與分析。

2、文獻(xiàn)in-s?itu?neutron?diffraction?during?stress?relaxation?of?a?singlecrystal?nickel-base?superalloy[j].scripta?materialia,2017,131:103-107.collinsd?m,d’souza?n,panwisawas?c.通過(guò)處理二維衍射數(shù)據(jù)，分析了鎳基單晶高溫合金的晶面間距。然而，該方法僅能處理單一取向方向的信號(hào)，未能考慮多個(gè)取向方向?qū)φw晶體結(jié)構(gòu)的影響。

3、文獻(xiàn)a?neutron?diffraction?study?of?lattice?distortion,mi?smatch?andmi?sorientation?in?a?single-crystal?superalloy?after?different?heattreatments.acta?materialia.2013；61(7):2308-19.wu?e,sun?g,chen?b,pirling?t,hughes?dj,wang?s,et?al.通過(guò)分析二維探測(cè)器信號(hào)，獲取了單晶材料的取向相關(guān)信息。然而，由于二維面探測(cè)器的局限性，其僅能捕捉單一方向的取向信息，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體完整取向分布的全面分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，包括：

3、步驟s1：通過(guò)極圖方式對(duì)單晶樣品進(jìn)行粗略?huà)呙瑁_定單晶樣品信號(hào)的旋轉(zhuǎn)中心；

4、步驟s2：在所述旋轉(zhuǎn)中心處進(jìn)行精細(xì)掃描，獲取三維中子衍射信號(hào)；

5、步驟s3：分解所述三維中子衍射信號(hào)，得到衍射峰曲線與搖擺曲線平面；

6、步驟s4：修正所述搖擺曲線平面的坐標(biāo)；

7、步驟s5：分解修正后的搖擺曲線平面，得到搖擺曲線；

8、步驟s6：根據(jù)所述衍射峰曲線和搖擺曲線，定量分析三位衍射信號(hào)中的晶面間距與取向分布信息。

9、優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)中心是在極圖粗掃后，在擁有衍射信號(hào)的旋轉(zhuǎn)位置處，可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角χ，使得衍射信號(hào)位于二維面探測(cè)器的中央，以此中央的坐標(biāo)作為單晶樣品信號(hào)的旋轉(zhuǎn)中心位置

10、優(yōu)選地，對(duì)于特定旋轉(zhuǎn)角χ，三維中子衍射信號(hào)表示如下：

11、

12、其中，θ表示探測(cè)器中單個(gè)像素點(diǎn)和光學(xué)中心的連線與入射中子/x射線的夾角，η表示單個(gè)像素點(diǎn)和探測(cè)器中心的連線與z軸正方向的夾角。

13、優(yōu)選地，將三維中子衍射信號(hào)分解成衍射峰曲線與搖擺曲線平面，分別包含晶格常數(shù)與晶格取向信息，包括如下步驟：

14、步驟s3.1：衍射峰曲線獲取，公式如下：

15、

16、步驟s3.2：搖擺曲線平面獲取，公式如下：

17、

18、優(yōu)選地，所述步驟s4包括：

19、步驟s4.1：根據(jù)反射原理計(jì)算晶面在歐拉環(huán)旋轉(zhuǎn)后的方向坐標(biāo)nl，公式如下：

20、則

21、其中，ex表示x軸的單位向量；

22、步驟s4.2：根據(jù)旋轉(zhuǎn)角計(jì)算晶面在旋轉(zhuǎn)前的方向坐標(biāo)n，如下所示：

23、

24、步驟s4.3：根據(jù)歐拉角定義，求解以下方程：

25、

26、優(yōu)選地，所述步驟s5包括如下步驟：

27、步驟s5.1：搖擺曲線i(η)獲取，公式如下：

28、

29、步驟s5.2：搖擺曲線i(ω)獲取，公式如下：

30、

31、優(yōu)選地，所述步驟s6包括：

32、步驟s6.1：利用高斯函數(shù)對(duì)衍射峰曲線進(jìn)行擬合分析，定義峰位為θhkl，根據(jù)布拉格定律：

33、2dhklsinθhkl＝λ

34、其中λ為入射中子波長(zhǎng)，即可求解亞晶粒中晶面間距；

35、步驟s6.2：分別計(jì)算搖擺曲線i(η)與搖擺曲線i(ω)半高寬從而量化取向分布情況。

36、根據(jù)本發(fā)明提供的一種單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括：

37、模塊m1：通過(guò)極圖方式對(duì)單晶樣品進(jìn)行粗略?huà)呙瑁_定單晶樣品信號(hào)的旋轉(zhuǎn)中心；

38、模塊m2：在所述旋轉(zhuǎn)中心處進(jìn)行精細(xì)掃描，獲取三維中子衍射信號(hào)；

39、模塊m3：分解所述三維中子衍射信號(hào)，得到衍射峰曲線與搖擺曲線平面；

40、模塊m4：修正所述搖擺曲線平面的坐標(biāo)；

41、模塊m5：分解修正后的搖擺曲線平面，得到搖擺曲線；

42、模塊m6：根據(jù)所述衍射峰曲線和搖擺曲線，定量分析三位衍射信號(hào)中的晶面間距與取向分布信息。

43、優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)中心是在極圖粗掃后，在擁有衍射信號(hào)的旋轉(zhuǎn)位置處，可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角χ，使得衍射信號(hào)位于二維面探測(cè)器的中央，以此中央的坐標(biāo)作為單晶樣品信號(hào)的旋轉(zhuǎn)中心位置

44、優(yōu)選地，對(duì)于特定旋轉(zhuǎn)角χ，三維中子衍射信號(hào)表示如下：

45、

46、其中，θ表示探測(cè)器中單個(gè)像素點(diǎn)和光學(xué)中心的連線與入射中子/x射線的夾角，η表示單個(gè)像素點(diǎn)和探測(cè)器中心的連線與z軸正方向的夾角。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

48、1、本發(fā)明在極圖粗掃確定單晶衍射信號(hào)基礎(chǔ)上，通過(guò)固定歐拉環(huán)旋轉(zhuǎn)角χ，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角并對(duì)單次二維面探測(cè)器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行有效疊加，實(shí)現(xiàn)了單晶樣品的三維中子衍射信號(hào)測(cè)試與采集問(wèn)題，獲得完整的三維衍射信號(hào)。

49、2、本發(fā)明通過(guò)將三維中子衍射信號(hào)分解至衍射峰曲線與搖擺曲線平面，在根據(jù)歐拉角定義對(duì)搖擺曲線平面進(jìn)行坐標(biāo)修正后，將搖擺曲線平面分解至兩個(gè)垂直方向的搖擺曲線，從而解決了單晶樣品晶格間距以及兩向取向分布的同步測(cè)試與提取。

50、3、本發(fā)明能夠無(wú)損表征單晶材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，為研究晶格應(yīng)變分布及取向特征提供了精確的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而能夠?qū)Ц耖g距與取向分布信息進(jìn)行同步表征分析。

技術(shù)特征：

1.一種單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)中心是在極圖粗掃后，在擁有衍射信號(hào)的旋轉(zhuǎn)位置處，可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角χ，使得衍射信號(hào)位于二維面探測(cè)器的中央，以此中央的坐標(biāo)作為單晶樣品信號(hào)的旋轉(zhuǎn)中心位置

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，對(duì)于特定旋轉(zhuǎn)角χ，三維中子衍射信號(hào)表示如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，將三維中子衍射信號(hào)分解成衍射峰曲線與搖擺曲線平面，分別包含晶格常數(shù)與晶格取向信息，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s4包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s5包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s6包括：

8.一種單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)中心是在極圖粗掃后，在擁有衍射信號(hào)的旋轉(zhuǎn)位置處，可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角χ，使得衍射信號(hào)位于二維面探測(cè)器的中央，以此中央的坐標(biāo)作為單晶樣品信號(hào)的旋轉(zhuǎn)中心位置

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于特定旋轉(zhuǎn)角χ，三維中子衍射信號(hào)表示如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種單晶材料的三維中子衍射數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，包括：通過(guò)極圖方式對(duì)單晶樣品進(jìn)行粗略?huà)呙?，確定單晶樣品信號(hào)的旋轉(zhuǎn)中心；在旋轉(zhuǎn)中心處進(jìn)行精細(xì)掃描，獲取三維中子衍射信號(hào)；分解三維中子衍射信號(hào)，得到衍射峰曲線與搖擺曲線平面；修正搖擺曲線平面的坐標(biāo)；分解修正后的搖擺曲線平面，得到搖擺曲線；根據(jù)衍射峰曲線和搖擺曲線，定量分析三位衍射信號(hào)中的晶面間距與取向分布信息。本發(fā)明能夠無(wú)損表征單晶材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，為研究晶格應(yīng)變分布及取向特征提供了精確的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而能夠?qū)Ц耖g距與取向分布信息進(jìn)行同步表征分析。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘圣怡,盛普聰,林皓,龍家琛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/6/12