基于能量扫描衍射的获得晶体材料共格两相衍射峰的方法技术

本公开揭示了一种基于能量扫描衍射的获得晶体材料共格两相衍射峰的方法，包括：利用同步辐射能量扫描X射线衍射技术，获得晶体材料的衍射峰在特定能量范围内每个能量步长下的衍射强度二维分布，并计算与衍射强度二维分布相对应的衍射矢量模二维分布；对所述衍射强度二维分布和衍射矢量模二维分布进行重构，获得衍射峰的衍射强度相对于衍射矢量模的衍射强度分布曲线；选取所述衍射强度分布曲线中的有效部分，根据该有效部分在衍射峰峰值两侧的不对称性，对该有效部分进行分峰处理，获得晶体材料共格两相的第一衍射强度分布曲线和第二衍射强度分布曲线。本公开根据衍射峰的不对称性，对一维衍射峰进行分峰，能够获得错配度极小的两相独立衍射峰。

A method of obtaining the coherent two-phase diffraction peaks of crystal materials based on energy scanning diffraction

【技术实现步骤摘要】
基于能量扫描衍射的获得晶体材料共格两相衍射峰的方法
本公开属于能量扫描X射线衍射
，具体涉及一种基于能量扫描衍射获得共格两相独立衍射峰的方法。
技术介绍
由于多种共格双相材料所具备的优异的机械性能，所以，在多种合金设计时采用共格双相结构。共格双相的特征决定了其错配度一般极小，以第三代沉淀强化镍基高温合金为例，常温下，其错配度一般都在千分之一到万分之一之间。对于双相材料中的局部微观结构表征，同步辐射X射线衍射是一种不可替代的先进技术手段。但共格两相极小的错配度会造成两相的衍射峰产生高度重合，这给定量表征共格两相独立的微观结构带来很大的挑战。现有的测量晶体材料局部应变和缺陷密度的方法是同步辐射单色X射线衍射法，测量时需要不断以小步长在两个维度上倾转样品，所以对实验站的实验装置和样品的几何尺寸要求较高。当使用新的表征方法，同步辐射能量扫描X射线衍射来研究晶体材料的微观结构时，可以克服以上缺点，但数据处理则成为新的问题。同时对于错配度极小的共格体系，两相产生的衍射峰重合度很大，如何获得两相独立的衍射峰面临着挑战。因为传统分峰方法有明显的亚峰存在，这仅适用于错配度较大的共格两相，所以需要开发一种全新的分峰方法，用来处理错配度极小的共格两相产生的衍射峰。
技术实现思路
基于现有技术存在的不足，本公开的目的在于提供一种基于能量扫描衍射获得共格两相独立衍射峰的方法，利用同步辐射能量扫描X射线衍射，表征共格双相材料；针对能量扫描所获得的衍射强度二维分布和衍射矢量模二维分布，通过数据重构，能够实现二维数据组向一维数据的快速转化；针对一维衍射峰，通过所开发的衍射峰分峰算法，能够获得错配度极小的两相独立衍射峰。为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：一种基于能量扫描衍射的获得晶体材料共格两相衍射峰的方法，包括如下步骤：S100：利用同步辐射能量扫描X射线衍射技术，获得晶体材料的衍射峰在特定能量范围内每个能量步长下的衍射强度二维分布，并计算与衍射强度二维分布相对应的衍射矢量模二维分布；S200：对所述衍射强度二维分布和衍射矢量模二维分布进行重构，获得衍射峰的衍射强度相对于衍射矢量模的衍射强度分布曲线；S300：选取所述衍射强度分布曲线中的有效部分，根据该有效部分在衍射峰峰值两侧的不对称性，对该有效部分进行分峰处理，获得晶体材料共格两相的第一衍射强度分布曲线和第二衍射强度分布曲线。优选的，步骤S100包括如下步骤：S101：利用同步辐射能量扫描X射线衍射技术，获得晶体材料的衍射峰在特定能量范围E1-Em内每个能量步长下的衍射强度二维分布It，i，j，其中，t为整数，范围是1～m，i为整数，范围是1～a，j为整数，范围是1～b，m、a、b均为常量；S102：计算与衍射强度二维分布相对应的衍射矢量模二维分布Qt，i，j＝2π|kt，i，j-k|，其中，kt，i，j是衍射峰的出射矢量，k是衍射峰的入射矢量。优选的，步骤S101中，E1是衍射峰开始出现的入射X射线能量，Em是衍射峰完全消失的入射X射线能量。优选的，步骤S200包括如下步骤：S201：获得衍射峰的衍射矢量模二维分布Qt，i，j在特定能量范围E1-Em内的最大值Qmax和最小值Qmin；S202：生成等间距向量TQ＝Qmin：Qstep：(Qmax+Qstep)，其中，向量元素的个数Num通过对((Qmax+Qstep-Qmin)/Qstep+1)取整获得，Qstep是能量步长；S203：引入迭代向量TI和TN，其中，迭代向量TI和TN的元素个数均为Num，迭代初始值为0；S204：若所述衍射峰的衍射矢量模二维分布Qt，i，j落在区间[TQ(p)，TQ(p+1))内，则累积像素点(i，j)上的衍射强度It，i，j到TI向量的对应元素TI(p)和TI(p+1)，同时对TN的对应元素计数一次；S205：衍射峰的衍射矢量模二维分布Qt，i，j和衍射强度二维分布It，i，j全部经过步骤S204计算后，得到衍射强度I相对于衍射矢量模Q的分布，即衍射强度分布曲线I-Q，其中，曲线I-Q中的Q即为TQ，I＝TI./TN，./表示点除，为数学运算符号。优选的，步骤S201中，当X射线能量为E1时，衍射矢量模的二维分布为Q1，i，j，Q1，i，j中的最小值即为Qmin；当X射线能量为Em时，衍射矢量模的二维分布为Qm，i，j，Qm，i，j中的最大值即为Qmax。优选的，步骤202中，所述等间距向量TQ表示为：TQ＝Qmin：Qstep：(Qmax+Qstep)其中，向量元素的个数Num通过对((Qmax+Qstep-Qmin)/Qstep+1)取整获得，Qstep是能量步长。优选的，所述Qstep的取值范围为0～0.1nm-1。优选的，步骤S204中，通过下式对TI的对应元素进行衍射强度累积，对TN的对应元素进行计数：TN(p)＝TN(p)+1TN(p+1)＝TN(p+1)+1其中，p为整数，范围是1～(Num-1)，Num为向量TQ的元素个数。优选的，步骤S300包括如下步骤：S301：从所述衍射强度分布曲线I-Q的峰值向所述衍射强度分布曲线I-Q的两侧连续选取数据点，当衍射强度I＜Ithr时停止选取，此时获得所述衍射强度分布曲线I-Q的有效部分曲线I-Q0，其中，Ithr是强度阈值；S302：以所述衍射强度分布曲线I-Q的峰值和衍射强度分布曲线I-Q的峰值在Q坐标轴的投影点所在直线为镜面，对所述衍射强度分布曲线I-Q在峰值右侧的部分I-QR进行镜面操作，得到对称分布曲线I-QR’R；S303：求取衍射强度分布曲线I-Q的有效部分曲线I-Q0与对称分布曲线I-QR’R的差值，得到曲线Idiff-QR’R；S304：以所述曲线Idiff-QR’R的峰值和曲线Idiff-QR’R的峰值在Q坐标轴的投影点所在直线为镜面，对所述曲线Idiff-QR’R在其峰值左侧的部分Idiff-QR’R-L进行镜面操作，得到第一衍射强度分布曲线I-Q1；S305：对I-Q0与第一衍射强度分布曲线I-Q1作差，即(I-Q0)-(I-Q1)，得到第二衍射强度分布曲线I-Q2。优选的，步骤S301中，所述强度阈值Ithr的取值大于0。与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：1)基于同步辐射能量扫描X射线衍射技术，能够实现二维数据组向一维数据转化；重构过程中，将探测器上每个像素点的衍射强度值，向衍射矢量模的两个相邻坐标进行分化，同时累积每个坐标上衍射强度值叠加的次数，以此矫正最终得到的强度值。此方法既能有效简化重构步骤，节约重构时间，同时又不损失探测器的分辨率。2)在对衍生峰进行分峰时，完全依赖于衍射峰的不对称性，是一种新型的分峰方法，可应用于失配度极小的共格两相产生的衍射峰。附图说明图1是本公开一个实施例提供的一种基于能量扫描衍射获得共格两相独立衍射峰的方法流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量扫描衍射的获得晶体材料共格两相衍射峰的方法，包括如下步骤：/nS100：利用同步辐射能量扫描X射线衍射技术，获得晶体材料的衍射峰在特定能量范围内每个能量步长下的衍射强度二维分布，并计算与衍射强度二维分布相对应的衍射矢量模二维分布；/nS200：对所述衍射强度二维分布和衍射矢量模二维分布进行重构，获得衍射峰的衍射强度相对于衍射矢量模的衍射强度分布曲线；/nS300：选取所述衍射强度分布曲线中的有效部分，根据该有效部分在衍射峰峰值两侧的不对称性，对该有效部分进行分峰处理，获得晶体材料共格两相的第一衍射强度分布曲线和第二衍射强度分布曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于能量扫描衍射的获得晶体材料共格两相衍射峰的方法，包括如下步骤：
S100：利用同步辐射能量扫描X射线衍射技术，获得晶体材料的衍射峰在特定能量范围内每个能量步长下的衍射强度二维分布，并计算与衍射强度二维分布相对应的衍射矢量模二维分布；
S200：对所述衍射强度二维分布和衍射矢量模二维分布进行重构，获得衍射峰的衍射强度相对于衍射矢量模的衍射强度分布曲线；
S300：选取所述衍射强度分布曲线中的有效部分，根据该有效部分在衍射峰峰值两侧的不对称性，对该有效部分进行分峰处理，获得晶体材料共格两相的第一衍射强度分布曲线和第二衍射强度分布曲线。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤S100包括如下步骤：
S101：利用同步辐射能量扫描X射线衍射技术，获得晶体材料的衍射峰在特定能量范围E1-Em内每个能量步长下的衍射强度二维分布It，i，j，其中，t为整数，范围是1～m，i为整数，范围是1～a，j为整数，范围是1～b，m、a、b均为常量；
S102：计算与衍射强度二维分布相对应的衍射矢量模二维分布Qt，i，j＝2π|kt，i，j-k|，其中，kt，i，j是衍射峰的出射矢量，k是衍射峰的入射矢量。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤S101中，E1是衍射峰开始出现的入射X射线能量，Em是衍射峰完全消失的入射X射线能量。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S200包括如下步骤：
S201：获得衍射峰的衍射矢量模二维分布Qt，i，j在特定能量范围E1-Em内的最大值Qmax和最小值Qmin；
S202：生成等间距向量TQ；
S203：引入迭代向量TI和TN，其中，迭代向量TI和TN的元素个数均为Num，迭代初始值为0；
S204：若所述衍射峰的衍射矢量模二维分布Qt，i，j落在区间[TQ(p)，TQ(p+1))内，则累积像素点(i，j)上的衍射强度It，i，j到TI向量的对应元素TI(p)和TI(p+1)，同时对TN的对应元素计数一次；
S205：衍射峰的衍射矢量模二维分布Qt，i，j和衍射强度二维分布It，i，j全部经过步骤S204计算后，得到衍射强度I相对于衍射矢量模Q的分布，即衍射强度分布曲线I-Q，其中，曲线I-Q中的Q即为TQ，I＝TI./TN，./表示点除，为数学运算符号。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，周光妮，张玉彬，朱文欣，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61