[发明专利]一种用X射线衍射法测定蓝宝石单晶材料应力的方法

摘要

一种用X射线衍射法测定蓝宝石单晶材料应力的方法，涉及一种测定蓝宝石单晶材料应力的方法。是要解决现有蓝宝石单晶材料的残余应力测量方法的测量精度和准确差的问题。方法：一、选取蓝宝石晶棒材料切割成蓝宝石单晶基片，并将蓝宝石单晶基片进行抛光处理；二、测定方位角和ψ；三、建立关系坐标系并且进行单晶定向，给出样品坐标系S、实验室参考坐标系L和晶体坐标系X；三个坐标系的原点重合；四、得到单晶六方晶系材料的应力应变关系；五、求得蓝宝石单晶材料应力，进而求得σ₁₁、σ₁₂、σ₂₂。本方法具有较高的测量精度和可靠性，可以推广为六方晶系试样单晶应力的测定方法。本发明用于测定六方体晶体材料应力。

主权项

1.一种用X射线衍射法测定蓝宝石单晶材料应力的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、选取蓝宝石晶棒材料，并使用金刚石刀具将蓝宝石晶棒切割成蓝宝石单晶基片，并将蓝宝石单晶基片进行抛光处理；步骤二、测定方位角和ψ：针对步骤一抛光处理后的蓝宝石单晶基片试样，利用X射线衍射法测定极图，通过极图进一步得到空间方位角和ψ；其中是极点绕特征面的法向所旋转的角度，ψ为衍射矢量相对于试样表面法线的倾角；步骤三、建立关系坐标系并且进行单晶定向，给出样品坐标系S、实验室参考坐标系L和晶体坐标系X；三个坐标系的原点重合；样品坐标系S：样品坐标系S的三个轴分别为S1、S2和S3；S3轴是垂直于试样表面的取向，即试样表面法线为晶体[n1n2n3]方向；S1和S2轴在试样表面的平面内，如果表面的晶面存在择优取向，即轧制样品情况，S1方向沿轧制方向取向，即晶体[ω1ω2ω3]方向；如果试样表面不存在择优取向，则在满足S3轴是垂直于试样表面的取向的条件下，S1和S2是可以在试样表面的平面内随机取向；实验室参考坐标系L：实验室参考坐标系L的三个轴分别为L1、L2和L3；L3与衍射矢量一致，是晶面法线方向；设定L3位于S3偏向S1一侧的空间上；晶体坐标系X：晶体坐标系X三个轴分别为X1、X2和X3；样品坐标系S与晶体坐标系X转换矩阵为其中，实验室参考坐标系L与晶体坐标系X转换矩阵为其中，通过改变方位角ψ和对于一系列n≧3个(hkl)晶面而言，n代表晶面指数，其与样品坐标系S三个坐标轴之间的关系为：利用一系列晶面指数，由公式(2)计算出γ₃₁、γ₃₂、γ₃₃系数，再结合步骤二得到的方位角ψ和并采用多元线性回归分析方法，利用公式(3)求解出π₁₁、π₁₂、π₁₃、π₂₁、π₂₂、π₂₃、π₃₁、π₃₂、π₃₃系数；步骤四、对于单晶六方晶系材料，其应力应变关系用以下公式表示：式中i,j,k,l均＝1,2,3,；为晶体坐标系中的应变，为单晶弹性柔度系数，为晶体坐标系中的应力；步骤五、按照以下公式求得蓝宝石单晶材料应力：2θ‑2θ0＝A1σ11+A2σ12+A3σ22  (4)其中，σ11、σ22为主应力，σ12为剪切应力；2θ为六方晶系材料晶面实测衍射角；2θ0为六方晶系材料无应力状态下的晶面实测衍射角；系数A分别为：s11、s12、s13、s33、s44、s66为六方单晶材料的弹性柔度系数；改变方位角ψ和分别求得A₁，A₂，A₃代入公式(4)，进而求得σ₁₁、σ₁₂、σ₂₂。