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The Kikuchi bandlet method for the intensity analysis of the electron backscatter Kikuchi diffraction patterns = Die Kikuchi Bandlet Methode zur Intensitätsanalyse von Rückstreuelektronen Kikuchi Beugungsmustern
2015
Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015
Genehmigende Fakultät
Fak05
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-02-06
Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-010692
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/463845/files/463845.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/463845/files/463845.pdf?subformat=pdfa
Einrichtungen
- Lehrstuhl für Werkstoffphysik und Institut für Metallkunde und Metallphysik (523110)
- Fachgruppe Metallurgie (520000)
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Die vorliegende Dissertation verfolgt und erarbeitet zwei Zielvorgaben, bezüglich der Auswertung von Elektronenrückstreudiagrammen (EBSD). Zum Ersten die Kalibrierung des konventionellen Verfahrens zur Orientierungsbestimmung mittels Analyse von Kikuchi Rückstreuelektronenbeugung (EBSD). Die Zweite besteht in der Ausweitung der Anwendbarkeit des EBSD Verfahrens durch die Ermöglichung von Intensitätsauswertung der Kikuchi Beugungsmuster (EBSPs). Die Kalibrierung wird durch die Analyse eines Satzes realitätsnah simulierter Beugungsm- uster bekannter Orientierungen und Projektionsparameter geleistet. Fehler und Präzision (oder Auflösung) der ermittelten Projektionszentren, Orientierungen und Desorientierungen werden mittels deskriptiver Statistik untersucht. Zusätzlich wird die analytische, auf inferentieller Statistik basierende, zur Abschätzung der Genauigkeit einer anhand eines realen Musters abgeleiteten Orientierung und Desorientierung dienende Methode nach \citet{Lassen1994}, \citet{Lassen1996a} und \citet{Chang1990} überprüft. Es wird gezeigt, dass die analytisch ermittelte Genauigkeit sowohl verlässlich ist, als auch eine ausreichend getreues Maß für die abgeschätzte Orientierung oder Desorientierung darstellt. Im zweiten Abschnitt dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt die eine Dekonvolution und Rekonstruktion individueller Kikuchi Bänder leistet und somit der EBSD Methode die Möglichkeit einer genauen Analyse ihrer Intensitätsprofile eröffnet. Diese Methode wird als Kikuchi bandlet Methode bezeichnet. Sie beruht auf der Einführung von adaptiven Filtern im Frequenzraum, mittels anpassungsfähiger und redundanter dictionary-Funktionen, die auf das EBSD Beugungsmuster angewandt werden. Die theoretischen Grundlagen, sowie eine Abschätzung ihrer Leistungsfähigkeit werden im Detail dergestellt. Diese Methode ist benannt als die Kikuchi Bandlet Methode. Sie beruht, mittels der Einführung von adoptiven Schnitten des Frequenzraumes (Kachelung), auf einer anpassungsfähigen und redundanten Dictionary-Funktion, auf welche das EBSP projiziert werden kann. Die theoretische Grundlage der Methode, sowie eine Leistungseinschätzung werden detailliert präsentiert. Zwei mögliche Anwendungsfelder der Kikuchi Bandlet Methode werden in der vorliegenden Arbeit untersucht: (1) Die Quantifizierung gespeicherter kristalliner Defekte, nämlich Versetzungen mit von Null verschiedenen Burgers Vektoren, und (2) die Verbesserung der Genauigk- eit bei der Wiedergewinnung, sowohl von Kristallorientierungen, als auch Projektionsparametern, eines EBSP. Schärfe individueller Kikuchi-Bänder wird in einem kontrollierten Biegeexperiment an einem freitragenden Mikro-Biegebalken angewendet. Die vorgestellte Methode für die Quantifizierung gespeicherter Defekte durch die Quantifizierung der Schärfe individueller Kikuchi Bänder wird unter kontrollierten experimentellen Bedingungen auf die Biegung eines Micro-Freiträgers angewendet. Es wird gezeigt, dass mittels dieser Methode, für jeden Reflektor die Abweichung der Atompositionen vom Gleichgewicht anhand der Bandschärfe ermittelt werden kann, da diese eine Maßeinheit der Inkohärenz des gebeugten Strahls darstellt. Die Verbindung zwischen Bandschärfe eines Beugungsmusters und der zugrundeliegenden Kristallstruktur wird durch die Simulation von Beugungsmustern hergestellt, die aus einem Kristallgitter mit einem bekannten Kristalldefekt (einer Versetzung mit wohldefiniertem Burgersvektor) hervorgehen.Dieses Beugungsmuster wird mittels der Kikuchi-bandlet Methode analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Versetssung für solche Ebenen deutlich sichtbar ist, für die das $\vec g_{hkl} \cdot \vec b = 0$-Kriterium erfüllt ist, wobei $\vec b$ der Burgersvektor und $\vec g_{hkl}$ ein Reflex im reziproken Raum ist. Es wird auch deutlich, dass die ermittelte Banschärfe mit dem $\vec g_{hkl} \cdot \vec b$-Wert Korreliert. Die Intensitäts-Profilanalyse eines mittels der Bandlet Methode rekonstruierten K-Bandes zeigt dessen charakteristische hyperbolische Eigenschaften. Die Verwendung dieser Kurven anstatt einer linearen Approximation erhöht der Genauigkeit bei der Bestimmung von Kristallorientierung und den koordinaten des Pattern-Projektionszentrums des EBSPs. Dieser Aspekt wird als zweite Anwendung der Kikuchi Bandlet Methode vorgestellt und an simulierten Beugungsmustern kalibriert. Im hier untersuchten Fall, an simulierten Mustern, wurde eine Verbesserung der Orientierungsgenauigkeit um eine Größenordnung, sowie um den Faktor fünf in der Genauigkeit des Projektionszentrums, erreicht.The present dissertation attempts to extend the application fields of the Electron Backscatter Kikuchi Diffraction technique (EBSD) by enabling the analysis of the intensity of the Electron Backscatter Kikuchi Diffraction patterns (EBSPs). It also presents an error analysis for the conventional method that retrieves the crystallographic orientation from an EBSP. The error analysis is performed on simulated patterns. An analytical, inferential statistics-based method for estimating the accuracy of a retrieved orientation and a retrieved misorientation of a real pattern is validated. The second part of this work introduces a method, which deconvolutes and reconstructs the individual Kikuchi bands, and thus, enables an accurate and automatic analysis of their intensity profiles. The method is termed the Kikuchi bandlet method. Two of this method's exemplary applications are also presented: (1) the quantification of the stored crystalline defects and (2) the improvement of the accuracy of the retrieved crystal orientation and the retrieved projection parameters of an EBSP. The method proposed for quantifying the stored defects through quantifying the individual Kikuchi band's sharpness is applied to a controlled experimental case of bending a micro-cantilever. It is shown that, using this method, for each reflector, the deviation of the atomic positions from equilibrium can be retrieved through the band sharpness, which, in effect, measures the incoherency of the diffracted beams. Linking the band sharpness to the underlying crystal structure is performed through the simulation of Kikuchi patterns resulting from a crystal structure containing a known defect, and subsequently, analysing the pattern with the Kikuchi bandlet method. The results shows that the dislocation is clearly visible on the planes that fulfil the $\vec g_{hkl} \cdot \vec b = 0$ criterion of diffraction, with $\vec b$ being the dislocation's Burgers vector and $\vec g_{hkl}$ being the reciprocal space vector of the reflector. They also show that the retrieved band sharpness correlates with the $\vec g_{hkl} \cdot \vec b$ value.The intensity profile analysis of a reconstructed K-band reveals its characteristic hyperbolic features. Using these curves increases the accuracy of the estimated orientation and projection center. This is presented as the second application of the Kikuchi bandlet method. In the case studied here, for simulated pattern, an order of magnitude improvement in orientation accuracy and $5$ times improvement in projection center accuracy is achieved.
OpenAccess: 
PDF 
PDF (PDFA)
(zusätzliche Dateien)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT018602636
Interne Identnummern
RWTH-2015-01069
Datensatz-ID: 463845
Beteiligte Länder
Germany
