Кіріспе
Физикалық химияда, текстура – поликристалликалық үлгілердің кристаллографиялық бағыттарының таралуын білдіреді (ол геологиялық құрамның да бір бөлігі). Егер бұл бағыттар толығымен кездейсоқ болса, онда үлгіде ерекше текстура жоқ деп есептеледі. Кристаллографиялық бағыттары кездейсоқ болмаса, бірақ белгілі бір басымдыққа ие болса, онда үлгі әлсіз, орташа немесе күшті текстураға ие болады. Бұл дәрежесі, басым бағытқа ие кристалдардың пайыздық үлесіне байланысты. Текстура дерлік барлық жасалған материалдарда кездеседі және материалдың қасиеттеріне елеулі әсер ете алады. Текстура материалдарда термомеханикалық процестер кезінде қалыптасады, мысалы, өндіріс процестерінде, тіпті домалату сияқты операцияларда. Сәйкесінше, домалату процесінен кейін, немесе жиілетуден кейін, қажетсіз текстураның мөлшерін азайту үшін көбінесе жылумен өңдеу жүргізіледі. Өндіріс процесін бақылау, сондай-ақ текстура мен материалдың микроқұрылымын зерттеу, материалдың қасиеттерін анықтауға көмектеседі, яғни өңдеу, микроқұрылым және текстураның қасиеттері арасындағы байланысты анықтауға мүмкіндік береді. Геологиялық тау жыныстары да термомеханикалық қалыптасу тарихына байланысты текстураны көрсетеді. Бір шеткі жағдай – текстураның толыққанды болмауы: егер кристаллиттердің бағыты толығымен кездейсоқ болса, онда дененің өлшемдері кристаллиттердің өлшемдерінен әлдеқайда үлкен болған жағдайда, ол изотроптық қасиеттерге ие болады. Ал керісінше, кемелді бір кристалл геометриялық қажеттілік бойынша анизотроптық қасиеттерге ие болуы мүмкін.
Қасиеттеу және бейнелеу
Текстураны әр түрлі әдістермен анықтауға болады. Кейбір әдістер текстураның сандық талдауын жүргізуге мүмкіндік береді, ал басқалары тек сапалық талдау үшін қолданылады. Сандық әдістердің ішінде ең көп қолданылатыны – текстуралық гониометрлерді пайдалана отырып рентген сәулелерін дифракциялау, одан кейін сканерлі электронды микроскоптарда электронды кері шашырау дифракциясы (EBSD) әдісі. Сапалық талдау Лауэ фотосуреті, қарапайым рентгендік дифракция немесе поляризацияланған микроскоп арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Нейтрон және синхротронмен жоғары энергиялы рентген дифракциясы көлемдік материалдардың текстурасын анықтау және in situ талдауға қолайлы, ал зертханалық рентген дифракциялық құралдары жұқа пленкалардың текстурасын талдауға арналған. Текстура көбінесе полюстік фигура арқылы көрсетіледі, онда өкілдік санды кристаллиттердің әрқайсысынан белгілі бір кристаллографиялық ось (немесе полюс) материалдың өңдеу тарихымен байланысты бағыттармен бірге стереографиялық проекцияда сызылады. Бұл бағыттар үлгінің анықтамалық жүйесі деп аталады және текстураларды зерттеу металдарды суық өңдеуден басталгандықтан, әдетте RD (деформация бағыты), TD (көлденең бағыт) және ND (қалыптық бағыт) деп белгіленеді. Сымға тартылған металлдар үшін цилиндрлік талшық осі үлгінің басым бағыты болып табылады, мұнда басымдылық байқалады (төменде қараңыз).
Бағдарлауды бөлу функциясы
Кристаллографиялық текстураның толық 3D бейнелеуін бағыт бөлу функциясы (ODF) береді, ол полюс фигуралары немесе дифракциялық суреттер жиынтығын бағалау арқылы қол жеткізілуі мүмкін. Содан кейін барлық полюс фигураларын ODF-тен алуға болады. ODF белгілі бір бағыттағы түйірлердің көлемдік үлесі ретінде анықталады. Бағыт әдетте үш Эйлер бұрышы арқылы анықталады. Эйлер бұрыштары үлгінің координат жүйесінен поликристалдың әрбір жеке түйіршесінің кристаллографиялық координат жүйесіне өтуді сипаттайды. Осылайша, әртүрлі Эйлер бұрыштарының үлкен жиынтығы пайда болады, олардың таралуы ODF арқылы сипатталады. Бағыт бөлу функциясы, ODF, ешқандай техникамен тікелей өлшенбейді. Дәстүрлі түрде рентгендік дифракция және EBSD полюс фигураларын жинай алады. Полюс фигураларынан немесе жалпы деректерден ODF алу үшін әртүрлі әдістер бар. Оларды ODF-ті қалай бейнелейтініне қарай жіктеуге болады. Кейбіреулер ODF-ті функция ретінде, функциялардың қосындысы ретінде немесе оны гармоникалық функциялардың қатарында кеңейтеді. Ал дискретті әдістер деп аталатындары ODF кеңістігін жасушаларға бөледі және әрбір жасушадағы ODF мәнін анықтауға назар аударады.
The orientation is normally identified using three Euler angles. The Euler angles then describe the transition from the sample’s reference frame into the crystallographic reference frame of each individual grain of the polycrystal. One thus ends up with a large set of different Euler angles, the distribution of which is described by the ODF. The orientation distribution function, ODF, cannot be measured directly by any technique. Traditionally both X ray diffraction and EBSD may collect pole figures. Different methodologies exist to obtain the ODF from the pole figures or data in general. They can be classified based on how they represent the ODF. Some represent the ODF as a function, sum of functions or expand it in a series of harmonic functions. Others, known as discrete methods, divide the ODF space in cells and focus on determining the value of the ODF in each cell.
Шығу тегі
Сым мен талшықтағы барлық кристаллдардың осьтік бағыттағы бағдары шамамен бірдей, бірақ радиалды бағыты кездейсоқ болады. Бұл ережеден ең танымал ерекшеліктер – кристалл құрылымы жоқ шыны талшық және кристаллдық анизотропиясы өте жоғары көміртек талшық, сондықтан сапалы сүт ілмегі шамамен цилиндрлік симметриясы бар бұрмаланған бір кристалл болады (көбінесе желе-роллмен салыстырылады). Жеке кристалл талшықтары да жиі кездеседі. Металл жамылғыларын жасау көбінесе бір бағытта қысуды, ал тиімді доңғалату операцияларында екінші бағытта кернеуді қамтиды, бұл кристаллиттерді екі ось бойында да «астық ағыны» деп аталатын процесс арқылы бағыттауға мүмкіндік береді. Дегенмен, суық өңдеу кристалдық реттің көп бөлігін жояды, ал қайтадан кристалдандыру кезінде пайда болатын жаңа кристаллиттер әдетте басқа текстураға ие болады. Трансформаторлардың магниттік өзектері үшін кремнийлі болат жамылғыларын жасауда (магниттік гистерезисті азайту үшін) және алюминий банкаларын жасауда (өте терең созу үшін жоғары және біркелкі пластикалық қасиеттер қажет болғандықтан) текстураны бақылау өте маңызды. Керамикадағы текстура әдетте кристаллиттердің пішіні кристаллдық бағдарға байланысты болғандықтан пайда болады, көбінесе ине немесе табақ тәрізді. Бұл бөлшектер сулы суспензиядан шығу кезінде немесе саз пайда болғанда қатарласады. Құю немесе басқа сұйықтан қатты күйге өту (мысалы, жұқа пленканы жабу) процестері атомдардың қолданыстағы кристаллдарда орналасуы үшін жеткілікті уақыт және белсенділік энергиясы болған кезде текстуралы қатты денелерді жасайды, әйтпесе олар аморфты қатты дене ретінде конденсацияланады немесе кездейсоқ бағдарланған жаңа кристаллдар пайда болады. Кристаллдың кейбір жақтары (әдетте тығыз жазықтықтар) басқаларына қарағанда жылдам өседі, және осы жазықтықтардың бірі өсу бағытына қарайтын кристаллиттер әдетте басқа бағыттардағы бәсекелес кристаллдарды жеңіп шығады. Шексіздікке жуық ұзындықта тек бір кристалл ғана сақталады: бұл Цохральский процесінде (тұқымдық кристалл қолданылмаса) және турбиналық пернелерді және басқа да иілуге сезімтал бөлшектерді құюда пайдаланылады.
Текстура және материалдардың қасиеттері
Материалдың беріктігі, химиялық реактивтілігі, кернеулік коррозияға жарылуға төзімділігі, дәнекерлеуге жарамдылығы, деформация мінез-құлқы және магниттік сезімталдығы сияқты қасиеттері материалдың текстурасына және микроқұрылымдағы байланысты өзгерістерге күрт тәуелді болуы мүмкін. Көптеген материалдарда қасиеттер текстураға байланысты, ал материал жасалғанда немесе қолданылғанда қолайсыз текстуралардың қалыптасуы әлсіздіктерді тудырып, бұзушылықтарды бастауы немесе күшейте алады. Қазіргі заманғы технологиялық құрылғылар көбінесе нанометрлік және микрометрлік қалыңдығы бар поликристалликалық жұқа пленкаларға негізделген. Бұл, мысалы, барлық микроэлектрондық және көптеген оптоэлектрондық жүйелерге, сондай-ақ сенсорлық және суперөткізгіш қабаттарға қатысты. Көптеген жұқа пленкалық текстураларды екі негізгі типке бөлуге болады: (1) «талшықты текстуралар» деп аталатындарда, белгілі бір кристалдық жазықтықтың бағыты субстрат жазықтығына параллель болуға бейім; (2) екі осьті текстураларда кристаллиттердің жазықтықтағы бағыты да үлгіге қатысты белгілі бір ретпен орналасуға ұмтылады. Соңғы құбылыс эпитаксиялық өсу процестерінде байқалады, онда қабаттағы кристалдардың белгілі бір кристаллографиялық осьтері (бір кристалл) субстраттың нақты кристаллографиялық бағытымен сәйкес келеді. Текстураны қажеттілікке қарай өзгерту жұқа пленка технологиясында маңызды міндетке айналды. Мысалы, мөлдір өткізгіш пленкалар немесе беттік акустикалық толқындар (SAW) құрылғылары үшін қолданылатын оксидтік қосылыстарда полярлық ось субстрат нормалі бойымен бағытталуы керек. Тағы бір мысал – жоғары температуралы суперөткізгіштерден жасалған кабельдер, олар металл таспаларға жатқан оксидтік көп қабатты жүйелер ретінде әзірленуде. YBa2Cu3O7−δ қабаттарындағы екі осьті текстураны реттеу жеткілікті үлкен сыни токтарға қол жеткізудің шешуші шарты болып табылды. Текстура дәрежесі көбінесе жұқа пленка өсу кезінде өзгеріске ұшырайды және ең айқын текстуралар қабат белгілі бір қалыңдыққа жеткеннен кейін ғана пайда болады. Сондықтан, жұқа пленка өндірушілер жиналу процесін оңтайландыру үшін текстуралық профиль немесе текстуралық градиент туралы ақпаратқа мұқтаж. Рентгендік шашырау арқылы текстуралық градиенттерді анықтау оңай емес, себебі үлгінің әртүрлі тереңдіктері сигналға үлес қосады. Дифракциялық интенсивтілікті тиісті түрде деконволюциялауға мүмкіндік беретін әдістер жақында ғана әзірленді.