[发明专利]一种动态测量片状材料晶体织构的系统、设备及方法

说明书

本发明公开了一种动态测量带材或板材的晶体织构的系统、设备及方法。该系统包括用于发射X射线的X射线管以及用于接收X射线并计算得出待测产品的晶体织构的X射线探测器，所述X射线管及X射线探测器分别设置于测角仪上，所述测角仪设置在第一旋转台上，所述第一旋转台设置在第二旋转台上，所述第一旋转台与第二旋转台的旋转轴相互垂直；所述系统还包括待测产品输送机构，用于将所述待测产品以连续或步进的方式输送经过所述X射线管及X射线探测器的检测点。本发明实现了对带材及板材等待测产品的在线连续自动测量，大大提高了测量效率，并且可测量内容丰富。同时结构简单，可以加装于现有生产线或检测线上，无需改动现有设备的结构，成本低。

技术领域

本发明涉及片状材料晶体织构的测量技术，具体地说，是一种动态测量片状材料晶体织构的系统、设备及方法。

背景技术

在工业生产中，对产品的性能进行检测分析是非常重要的一环。有些产品的性能与其材料的晶体结构、晶体取向或多晶织构有很大的关系，比如高温超导带材，获得高的超导电流的关键是要形成很好的多晶织构；在轧制钢板/钢带生产中，钢板/钢带的性能和轧制后的形成的多晶织构有很大的关系，因此需要对产品的晶体结构和多晶织构进行测量分析，这通常是通过X射线衍射方法来进行的。

为了更好地介绍本发明的背景和本发明，下面是有关多晶织构和应用X射线衍射仪进行测量的有关概念和术语的定义。

图1 是片状（例如带状或板状）产品的平面内织构和平面外织构的图示说明。产品的材料是多晶，是由无数的晶粒构成的。如果这些晶粒的取向是完全无规的，那么这样的产品材料就是叫做无织构的；如果这些晶粒的取向完全一样，这就是单晶，如果这些晶粒的取向有择优分布，则叫做有晶体织构。平面内织构中的平面，是指带材或板材的平面100，平面内织构103是指产品材料中晶粒110的取向在产品表面平面100内（晶向和产品表面平面100平行）的分布情况，见图1中的平面内织构103部分，通常是用平面内晶向101的分布曲线的半高全宽（Full Width Half Maximum，FWHM）来描述。同理，平面外织构104是指产品的晶粒在平面外取向的分布情况，通常是用平面外晶向102的分布曲线的半高全宽FWHM来描述（见图3）。

图2是本发明说明书所用的有关X射线衍射仪的一些名称的定义。图示中，以0维X光探测器（也叫点探测器）为例，从X射线管201发出的入射线，照射到样品的测试中心C（也叫衍射仪仪器中心），衍射出来的X射线，被X射线探测器202接收。入射线、衍射线所在的平面叫做衍射面，与产生衍射的晶面垂直。X射线管201、X射线探测器202都绕着仪器中心转动，他们的转动轴垂直于衍射面，并通过仪器中心，设计上保证X射线管201转轴和X射线探测器202的转轴重合。此转动轴为测角仪轴207。通过控制X射线管201和X射线探测器202的转动来测量不同角度位置上样品衍射的X射线强度即可进行X射线衍射谱的扫描测量。这样的转动角度的转动+控制装置叫做测角仪。

在本说明书中，X射线管在测角仪上的转角叫做a， X射线探测器在测角仪上的转角叫做b。X射线管发出的入射X线A相对于探测器接受的衍射X线B的夹角叫做2theta角。入射X线A相对于样品晶面夹角叫做theta角，见图4。这里需要分清楚的是，晶面不同于样品平面。大部分情况下，晶面一般平行于样品平面，但是有会出现晶面相对于样品平面发生倾斜。

衍射仪常用的一种扫描方式是联动的Theta-Theta扫描。在这种联动扫描中，X射线管201相对于X射线探测器202的转角等于X射线管201相对于样品200的转角的2倍。实现方法之一是，样品200不动，X射线管201和X射线探测器202绕仪器中心（也是样品测试点）C联合转动，X射线探测器202的转动速度等于X射线管201转动速度，方向相反。衍射谱上的花样决定于材料的物相组成，各组成物相之间的含量比，在满足某些条件下，可以根据各组成物相的特征衍射峰的强度进行计算。

测角仪也可以做联动的omega扫描。omega扫描中，保持入射X线A相对于衍射X线B的夹角，也即2theta角不变，X射线管和X射线探测器整体相对样品转动。