工程化单晶体取向的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及单晶体取向测量技术领域，尤其涉及一种工程化单晶体取向的测 量装置。
【背景技术】
[0002] 随着科技的逐步发展，在高尖端制造领域不断提高材料性能以成为目前热点。众 所周知，由于单晶的各项异性，使得它的力学性能、磁性能、导电性能方面有着独特的优势。
[0003] 目前，在航空、航天、发电、核工业等装备制造领域的产品质量检测，特别是在单晶 产品取向控制，及单晶完整性的检测技术已成为我国高尖端技术发展的瓶颈。近期，在单晶 取向工程化测定设备上，仅有国外个别厂商（PR0T0公司）能够提供单晶取向检测设备。但 由于供应商技术支持、测试标准等问题，导致该类设备并未投入到工程化应用中。目前，国 外提供的测试设备主要分为以下两类：劳埃法测量法和利用衍射仪附加功能测量单晶取向 的仪器。劳埃法测量单晶取向的投入成本高（约45万美元），并且对操作人员的专业素质 要求高（操作人员需要有丰富的晶体学知识），同时对被测样品的表面要求高，适用范围受 到一定限制。而利用衍射仪附加功能测量单晶取向的仪器成本更高、操作更复杂、对操作人 员的要求也更高。并且由于是附加功能，单晶取向测试功能没有专业的校准系统，仅能对处 理过的试片沿ω方向扫描，测试过程中不断变化的吸收因子影响测量精度，并且测量范围 很窄小于Θ/2。因此，单晶行业产品实现低成本、易操作、测量范围宽等的工程化测量方法 的需求以日益凸显。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于此，本实用新型实施例提供一种工程化单晶体取向的测量装置，主要目的 是实现低成本工程化测量单晶体取向。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：
[0006] -方面，本实用新型实施例提供了一种工程化单晶体取向的测量装置，包括扫描 系统和转盘，其中
[0007] 转盘，位于扫描系统的下方，所述转盘在其所在平面内转动，所述转盘的旋转轴与 转盘垂直，转盘的旋转轴与转盘相交于0 '点，转盘带动置于0 '点的试样转动；
[0008] 扫描系统包括：
[0009] 回转架，绕其回转轴进行转动，所述回转轴位于试样的待测面所在平面，且平行于 转盘所在平面，且回转轴与转盘的旋转轴相交于0点；
[0010] X射线发射装置，发射X射线，对试样进行扫描，所述X射线发射装置设于回转架 上；
[0011] X射线探测装置，接收经试样衍射的X射线，X射线探测装置设于回转架上；
[0012] 回转架的回转轴位于X射线发射装置和X射线探测装置所在平面；
[0013] 扫描过程中，所述回转架沿回转轴在一定范围内转动，所述X射线发射装置和X射 线探测装置随所述回转架在一定范围内摆动，所述试样在转盘的带动下转动；其中，回转架 每转动一单位角度所述试样转动360° ;
[0014] 得到在衍射方向探测到的X射线衍射峰最强时对应的回转架转动的角度和试样 转动的角度，根据布拉格定律确定试样内待测晶面的法线方向，所述法线方向即为单晶体 试样的该晶面的取向。
[0015] 作为优选，所述回转架呈半圆弧形，回转架的对称轴过0点，X射线发射装置和X射 线探测装置相对于回转架的对称轴对称设置在回转架上。
[0016] 作为优选，所述回转架上具有第一圆弧形轨道，所述X射线发射装置和X射线探测 装置与所述第一圆弧形轨道相配合并可沿所述第一圆弧形轨道移动。
[0017] 作为优选，所述扫描系统还包括回转导向架，所述回转导向架具有第二圆弧形轨 道，所述回转架通过导向件与回转导向架连接，所述导向件装配在所述第二圆弧形轨道上， 所述导向件可沿所述第二圆弧形轨道滑动。
[0018] 作为优选，所述回转导向架呈半圆弧形，回转架的对称轴过0点。
[0019] 作为优选，所述回转架的转动范围为0°~65°。
[0020] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
[0021] 1、本实用新型实施例的装置使用Θ-Θ扫描方式，保证了在测量过程中X射线的 入射方向与衍射方向对水平面恒定相等，避免吸收因子对测量的影响，保证测量精度。这是 与目前常用衍射仪测量的最大区别。
[0022] 2、本实用新型实施例的装置所采用的设备均可采用现有成熟的国产设备，设备成 本相对国外要更加低廉，而且维护更加方便、可靠。对特定行业使用安全，不受国外限制。
[0023] 3、本实用新型实施例的装置检测过程操作简单，对操作人员的专业知识要求不 高。对工人经过简单培训，即可上机对产品进行检测。
[0024] 4、本实用新型实施例的装置测定单晶样品的检测效率相对较高，实际检测速度可 以达到3- 5分钟/每件。
[0025] 5、本实用新型实施例提供的装置对检测样品的表面要求不高。不但可以测量试 样，也可以直接测量生产过程中单晶产品的取向。
[0026] 6、本实用新型实施例提供的装置能够测量出小角度晶界进而检测单晶完整性，这 一特点是目前其他现有技术所不具备的，也是本实用新型最具有价值的特点。
[0027] 7、本实用新型实施例提供的装置能够提供较宽的Φ角测量范围（!Dmax = 65° )，该范围是其他同类产品中最宽的。
[0028] 8、本实用新型实施例提供的装置可以直接测量单晶制品偏离〈001 >、〈011 >、〈 111 > 等取向的角度（可通过设定与其相对应的2 Θ角对产品直接进行测量，即可直观的得到偏 离角度，而无需通过测量其他晶面进行换算）。而其他测试方法及设备是通过测量其他晶面 的取向反算出〈〇〇1>、〈〇11>、〈111>的方向。
【附图说明】
[0029] 图1为本实用新型的测量装置的测量空间坐标系的示意图；
[0030] 图2为待测试单晶试样及其内部晶粒坐标系的示意图；
[0031] 图3本实用新型的测量装置的示意图；
[0032] 图4本实用新型的测量装置测试单晶硅的实施过程中计算机上程序参数设定截 图；
[0033] 图5为经过处理后得到单晶硅X射线衍射结果（平面模式）；
[0034] 图6本实用新型的测量装置测试镍基单晶高温合金时计算机上程序参数设定截 图
[0035] 图7为经过处理后得到镍基单晶高温合金X射线衍射结果（极图方式）。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的 限定。在下述说明中，不同的"一实施例"或"实施例"指的不一定是同一实施例。此外，一 或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0037] 参见图3,工程化单晶体取向的测量装置，包括扫描系统和转盘，其中
[0038] 转盘1，位于扫描系统的下方，转盘1在其所在平面内转动，转盘1的旋转轴与转盘 1垂直，转盘1的旋转轴与转盘1相交于0 '点，转盘1带动置于0 '点的试样2转动；
[0039] 扫描系统包括：
[0040] 回转架3,绕其回转轴进行转动，回转轴回转轴位于试样的待测面所在平面，且平 行于转盘所在平面，且回转轴与转盘的旋转轴相交于〇点；
[0041] X射线发射装置4,发射X射线，对试样进行扫描，X射线发射装置设于回转架上；
[0042] X射线探测装置5,接收经试样衍射的X射线，X射线探测装置设于回转架上；
[0043] 回转架的回转轴位于X射线发射装置和X射线探测装置所在平面；
[0044] 扫描过程中，回转架沿其回转轴在一定范围内转动，X射线发射装置和X射线探测 装置随回转架在一定范围内摆动（X射线发射装置和X射线探测装置的运动轨迹在以〇点 为球心，以0点到X射线发射装置或X射线探测装置的距离为半径的球的球面内。X射线发 射装置和X射线探测装置的运动轨迹所在球面为扫描球面。），试样在转盘的带动下转动； 其中，回转架每转动一单位角度试样转动360° ;
[0045] 得到在衍射方向探测到的X射线衍射峰最强时对应的回转架转动的角度和试样 转动的角度，根据布拉格定律确定试样内待测晶面的法线方向，该法线方向即为单晶体试 样的该晶面的取向。
[0046] 本实用新型实施例提供的工程化单晶体取向的测量装置利用单晶体内部原子在 三维空间呈规律、周期性排列的特性。即：当一束单色X射线沿某一方向平行的照射到样品 表面时，可以通过改变入射角、回摆X射线光源和转动试样的方式，使得该束射线可以沿着 单晶体的某一晶面衍射角方向入射，并得在衍射方向探测到强的X射线衍射峰。根据布拉 格定律，可以确定被测晶体在空间坐标系中的衍射角。而入射与衍射方向的角分线即为该 晶面的法线方向，对于单晶体该方向即为该晶面的取向。本实用新型实施例提供的测量装 置成本低、易操作、测量范围宽。被测试样（或产品）可以具有工程表面状态。此外，本实 用新型实施例的测量装置，可以为需要检测单晶取向的行业提供专业的技术服务。
[0047] 参见图1，本实用新型的实施例的测量装置测量过程中的测量空间坐标系O-EDA 具体如下：测量空间坐标系O-EAD的基准面为Φ面，即图中的面ED0G，测量空间坐标系的 原点为0,原点0位于基准面，过0点垂直于基准面的线OA为测量空间坐标系的零位线，基 准面内的线OD为基准线；过O点垂直于Φ面且垂直于线OD的面为扫描导向面（面AOFE)， 扫描导向面命名为Ψ面，X射线发射装置（位于点B)与X射线探测装置（位于点C)所在 平面为2 Θ面（图1中面DBCG) 2 Θ面与Φ面相交于基准线0D，扫描时2 Θ面以基准线OD 为轴在一定范围内转动，且2Θ面始终垂直于Ψ面，2 Θ面与Ψ面的交线OF与零位线OA 的夹角为角Φ0(由于2Θ面垂直于基准面时，角φ〇为零，且2Θ面可向两侧任一方向转 动，因此规定Z EOF为锐角时角Φ0为正，Z EOF为钝角时角Φ0为负，为了便于计算，实际 测量时2Θ面向角φ〇为正的一侧转动。）；X射线发射装置B和X射线探测装置C以OF为 对称轴对称设置，测量过程中，Z FOC、Z FOB度始