[发明专利]一种基于同步辐射的晶体几何必需位错自动化分析方法

摘要

本发明涉及一种基于同步辐射的晶体几何必需位错自动化分析方法，包括以下步骤：步骤一：通过图谱处理从原始图谱中获得二值化图谱、衍射斑标定信息及晶体取向信息；步骤二：通过晶体学理论建立位错字典，建立设备模型并结合衍射斑标定信息及晶体取向信息对拉长方向进行模拟，得到备选拉长方向；步骤三：使用二值化图谱、衍射斑标定信息及晶体取向信息通过利用衍射图谱的图形计算法、利用衍射斑位置的位置计算法及利用晶体取向的转动矩阵法计算衍射斑拉长或劈裂方向及拉长衍射斑顶点；步骤四：通过拉长衍射斑顶点及劈裂衍射斑标定信息计算衍射斑拉长或劈裂角度；步骤五：根据模拟产生备选拉长方向、计算产生的拉长或劈裂方向及拉长或劈裂角度，对衍射斑拉长及劈裂进行识别与匹配。

主权项

1.一种基于同步辐射的晶体几何必需位错自动化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对采用同步辐射微区劳厄衍射实验得到的原始图谱进行图谱处理，得到二值化图谱、衍射斑标定信息及晶体取向信息；具体步骤如下：1)对采用同步辐射微区劳厄衍射实验得到的原始图谱的背景进行拟合，并使用原始图谱减去拟合后背景，得到拟合后图谱；2)利用公式对步骤一1)得到的拟合后图谱进行二值化处理得到二值化图谱；其中I二值化(x,y)表示二值化图谱上(x,y)点的二值化后数值，I拟合后(x,y)表示拟合后图谱(x,y)点的强度值，I平均,拟合后为拟合后图谱的平均强度，f为二值化阈值f·I平均,拟合后中参数，选择3～8；3)对步骤一1)得到的拟合后图谱衍射斑进行拟合标定，得到拟合后图谱衍射斑标定信息及晶体取向信息；步骤二：通过晶体学理论建立位错字典，通过同步辐射微区劳厄衍射设备光路几何信息建立同步辐射微区劳厄衍射设备模型并结合步骤一3)得到的衍射斑标定信息及晶体取向信息对衍射斑拉长方向进行模拟；具体步骤如下：1)通过晶体学信息建立由位错滑移方向、滑移面{h'k'l'}和位错种类组成的位错字典；2)建立同步辐射微区劳厄衍射设备模型以表述光路几何信息；3)利用步骤一3)得到的衍射斑标定信息及晶体取向信息、步骤二1)得到的位错字典和步骤二2)得到的同步辐射微区劳厄衍射设备模型对衍射斑拉长方向进行模拟，得到备选转动轴及备选倾斜角度{λ(h,k,l,n)}，其中(hkl)是衍射斑密勒指数，n为所取位错字典中的位错序号；步骤三：通过利用衍射图谱的图形计算法、利用衍射斑位置的位置计算法及利用晶体取向的转动矩阵法计算衍射斑拉长或劈裂方向；具体步骤如下：1)对步骤一3)中衍射斑标定信息进行判断，当衍射斑仅属于一个晶粒时，进行以下2)图形计算法步骤；当衍射斑属于多个晶粒、衍射斑劈裂时，进行以下3)位置计算法、以下4)转动矩阵法步骤；2)图形计算法：利用步骤一2)得到的二值化图谱进行衍射斑提取，并计算衍射斑在探测器坐标系下的倾斜角度λ1(h,k,l)及衍射斑长轴顶点(x1,y1)与(x2,y2)、短轴顶点(x3,y3)与(x4,y4)，其中(hkl)是衍射斑密勒指数；3)位置计算法：利用步骤一3)得到的衍射斑标定信息中相同密勒指数衍射斑位置(x1,y1)'与(x2,y2)'在探测器坐标系下分别拟合直线并换算为倾斜角度λ2(h,k,l)，其中(hkl)是衍射斑密勒指数；4)转动矩阵法：利用步骤一3)得到的晶体取向信息即描述晶体学坐标系和样品台坐标系之间的转换矩阵，对标定出的多个取向分别两两计算转动轴方向及转动角度γ₃，j、k为取向序号；步骤四：通过拉长衍射斑顶点及步骤一得到的标定信息计算衍射斑拉长或劈裂角度；具体步骤如下：1)计算图形计算法得到的密勒指数为(hkl)的衍射斑拉长角度：利用公式计算探测器上点对应的出射矢量其中(x_detector,y_detector)表示探测器上点；(x_beam‑x，y_beam‑x，z_beam‑x)表示探测器x轴在步骤二2)建立的同步辐射微区劳厄衍射设备模型中所使用的坐标系上的投影矢量；(x_beam‑y，y_beam‑y，z_beam‑y)表示探测器y轴在步骤二2)建立的同步辐射微区劳厄衍射设备模型中所使用的坐标系上的投影矢量；带入步骤三2)得到的拉长衍射斑顶点(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)与(x₄,y₄)，得到与利用公式计算探测器上点对应的晶面法线矢量其中为入射线矢量，带入与得到与利用公式计算图形计算法得到的密勒指数为(hkl)的衍射斑拉长角度γ1(h,k,l)；2)计算位置计算法得到的密勒指数为(hkl)的衍射斑拉长角度：利用公式计算探测器上点对应的出射矢量其中(x_detector,y_detector)表示探测器上点；(x_beam‑x，y_beam‑x，z_beam‑x)表示探测器x轴在步骤二2)建立的同步辐射微区劳厄衍射设备模型中所使用的坐标系上的投影矢量；(x_beam‑y，y_beam‑y，z_beam‑y)表示探测器y轴在步骤二2)建立的同步辐射微区劳厄衍射设备模型中所使用的坐标系上的投影矢量；带入步骤一3)得到的劈裂衍射斑标定信息中相同密勒指数衍射斑位置(x₁,y₁)'与(x₂,y₂)'，得到与利用公式计算探测器上点对应的晶面法线矢量其中为入射线矢量，带入与得到与利用公式计算位置计算法得到的密勒指数为(hkl)的衍射斑拉长角度γ2(h,k,l)；步骤五：根据步骤二模拟产生的备选倾斜角度、步骤三计算产生的倾斜角度及步骤四计算产生的拉长角度，对衍射斑拉长进行识别与匹配；具体步骤如下：1)对晶界与亚晶界进行识别：对步骤一3)中衍射斑标定信息进行判断，当衍射斑属于多个晶粒、衍射斑劈裂时，如果Cγ>γ3≥Cγsub时，判定此处为亚晶界，停止步骤五，记录数据并对下一张原始图谱进行处理；如果γ3≥Cγ，判定此处为晶界，停止步骤五，记录数据并对下一张原始图谱进行处理；Cγsub选择5，Cγ选择10；2)对不存在几何必需位错进行判定：对步骤一3)中衍射斑标定信息进行判断，当衍射斑仅属于一个晶粒时，计算这张衍射图谱内衍射斑拉长角度γ1(h,k,l)的平均值γ1，如果γ1≤Cγ0，判定此处不存在几何必需位错，停止步骤五，记录数据并对下一张原始图谱进行处理，Cγ0选择0.3；3)对孤立的几何必需位错进行识别：对步骤一3)中衍射斑标定信息进行判断，当衍射斑仅属于一个晶粒时，采用公式：计算备选倾斜角度{λ(h,k,l,n)}与倾斜角度λ1(h,k,l)的差值{δ1(h,k,l,n)}，其中(hkl)是衍射斑密勒指数，n为所取位错字典中的位错序号；采用公式当δ₁(h,k,l,n)<C_δ,δ₁(h,k,l,n)＝0得到加权的倾斜角度差值{S1(n)}，并由小到大排序，得到最小值所对应的位错序号n，并从位错字典中提取对应的位错信息，停止步骤五，记录数据并对下一张原始图谱进行处理；Cδ选择5；4)对几何必需位错墙进行识别：对步骤一3)中衍射斑标定信息进行判断，当衍射斑属于衍射斑劈裂为两组时，采用公式：计算备选倾斜角度{λ(h,k,l,n)}与倾斜角度λ2(h,k,l)的差值{δ2(h,k,l,n)}，其中(hkl)是衍射斑密勒指数，n为所取位错字典中的位错序号；采用公式当δ₂(h,k,l,n)<C_δ,δ₂(h,k,l,n)＝0得到加权的倾斜角度差值{S2(n)}，并由小到大排序，得到最小值所对应的位错序号n，并从位错字典中提取对应的位错信息，停止步骤五，记录数据并对下一张原始图谱进行处理；Cδ选择5；5)对多滑移进行识别：对步骤一3)中衍射斑标定信息进行判断，当衍射斑属于衍射斑劈裂为多组时，采用公式：计算转动角度差值，并对相同j,k的角度差值由大到小进行排序，选择同一取向组合j,k中角度差值最小的位错序号n，如各个组合位错序号相同，则记为同一种类位错，如不同，则记为多滑移；记录数据并对下一张原始图谱进行处理。