材料微结构的X 射线成像制造技术

提供了用于材料的微结构的x射线成像的各种示例。在一个示例中，一种用于非破坏性材料测试的系统包括：x射线源，被配置为在测试项目上生成束斑；栅格检测器，被配置为接收从测试对象衍射的x射线；以及计算设备，被配置为至少部分地基于从测试对象衍射的x射线的衍射图案来确定微结构图像。在另一示例中，一种用于确定材料的微结构的方法包括：利用入射x射线束在材料上照明束斑；利用栅格检测器检测从材料衍射的x射线；并且通过计算设备至少部分地基于从材料衍射的x射线的衍射图案来确定微结构图像。

X ray imaging of material microstructures

Various examples of X - ray imaging for the microstructures of the material are provided. In one example, a method for non-destructive material testing system including: X X-ray source is configured to generate a beam spot in the test project; raster detector is configured to receive the X ray diffraction from the test object; and computing devices, X ray diffraction pattern is configured to at least partially based on diffraction from the test object to determine the micro structure of image. In another example, including a method for determining the micro structure of materials: the use of X incident beam on the beam spot lighting materials; using raster detector from X ray diffraction and materials; through the calculation of equipment based at least in part to determine the microstructure image from the diffraction pattern of X ray diffraction of the material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】材料微结构的X射线成像相关申请的交叉引用本申请要求于2015年4月16日提交的编号为62/148,340题目为“X-RAYIMAGINGOFMATERIALMICROSTRUCTURES”的共同未决的美国临时申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
对于制造的组件，质量控制可以包括组件的采样部分的材料测试。通常，对材料质量的评估涉及对采样组件的破坏性测试以确定诸如硬度的机械特性。虽然这种破坏性测试可以为所有制造的组件的评估提供统计基础，但是它不允许实际测试要被供应使用的组件。因此，它们的单个质量和安全性仍然未知并且不能保证。
技术实现思路
本公开的实施例涉及材料微结构的x射线成像。在一个实施例中，其中一种系统包括x射线源，被配置为在测试项目上生成束斑；检测器，被配置为接收从测试对象衍射的x射线；以及计算设备，被配置为至少部分地基于从测试对象衍射的x射线的衍射图案来确定微结构图像。该检测器可以是栅格检测器(griddetector)。在这些实施例的一个或多个方面中，计算设备可以被配置为至少部分地基于微结构图像来确定测试对象的材料特性。可以通过将微结构图像与预先获得的材料测试信息相关联来确定材料特性。可以使用图案识别来确定材料特性。栅格检测器可以被配置为被重新放置以接收从测试对象以多个角度衍射的x射线。在这些实施例的一个或多个方面中，系统可以包括纵轴双向测角仪，其被配置为调整测试对象相对于x射线源的朝向。该检测器可以包括与从测试对象衍射的x射线对准的闪烁体。该检测器可以包括CCD(chargecoupleddevice，电荷耦合设备)相机。在另一实施例中，一种方法包括利用入射x射线束在材料上照明束斑(beamspot)；检测从材料衍射的x射线；并且至少部分地基于从材料衍射的x射线的衍射图案来确定微结构图像。可以利用栅格检测器检测衍射的x射线。可以由计算设备确定微结构图像。在这些实施例的一个或多个方面中，该方法可以包括基于微结构图像来确定材料的特性。可以通过将微结构图像与通过相应材料样本的破坏性测试而获得的微结构图像信息相关联来确定材料的特性。制造的组件可以包括该材料。微结构图像可以至少部分地基于与从材料以多个角度衍射的x射线相关联的衍射图案。在这些实施例的一个或多个方面中，该方法能够包括调整材料相对于入射x射线束的朝向。从材料衍射的x射线可以被引导通过闪烁体。该方法可以包括放大由被引导通过闪烁体的x射线产生的闪烁的图像。检测器可以包括CCD相机。根据对以下附图和详细描述的审查，本公开的其它系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将变得清楚。意图是所有这些附加的系统、方法、特征和优点被包括在此描述内、在本公开的范围内、并且由所附权利要求保护。此外，描述的实施例的所有可选的和优选的特征和修改可用于本公开这里教导的所有方面。此外，从属权利要求的单个特征，以及描述的实施例的所有可选的和优选的特征和修改是可以彼此组合和互换的。附图说明参考以下附图可以更好地理解本公开的许多方面。附图中的组件不一定按比例，而是将重点放在清楚地示出本公开的原理之上。而且，在附图中，相似的参考标号指定贯穿若干视图的相应部分。图1A和1B是示出根据本公开的各种实施例的微x射线衍射(microx-raydiffraction，μXrD)系统的图示。图1C包括根据本公开的各种实施例的图1A的μXrD系统的实验设置的示例的图像。图2是示出根据本公开的各种实施例的μXrD成像的示例的流程图。图3是根据本公开的各种实施例的计算设备的示例的原理框图。具体实施方式这里公开了与材料的微结构的x射线成像有关的方法和系统的各种示例。现在将详细参考如在附图中所示的实施例的描述，其中相似的参考标号指示贯穿若干视图的相应部分。材料的机械特性取决于它们的微结构。当前成像微结构的方法会损坏组件和材料，以及要求扩展的时间段来完成。通常，在蚀刻材料之前移除(或切断)并且抛光组件的部分以强调微结构。然后可以对所处理的部分进行成像以使用显微镜观察微结构的细节。然后可以执行该部分的破坏性测试(例如，压痕)以确定相应的机械特性。虽然该过程可以被用来将正被测试的材料的机械特性和微结构相关联，但是被测试的组件不再可以用于其预期的用途。微x射线衍射(μXrD)允许对组件微结构的成像，同时消除对组件的破坏性影响。微x射线衍射基于布拉格衍射，并且可以通过材料中的晶体提供x射线束衍射的映射。可以使用材料的μXrD图像来识别材料的晶粒结构。均匀的晶体结构将产生衍射的x射线的均匀分布。相反，晶粒之间和晶粒内部的变化产生可被捕获并且被用来识别被扫描的组件的材料特性的畸变。参考图1A，示出了可用于μXrD成像的系统100的示例。系统100包括x射线源103(诸如例如可以在被测组件106(例如，基底)上生成束斑的x射线管)。由x射线源103产生的x射线可以穿过一个或多个准直仪和/或滤光器109，用于调节X射线的入射光束。可以将x射线的入射光束以一个或多个预定义的角度引导到材料上。当照到(strike)组件106的材料上时，x射线被衍射并且可以由检测器112收集。如图1B中所示，入射x射线以θ的角度照到材料上并且以2θ的角度被微晶平面衍射。入射x射线可以穿透材料的若干平面，允许被测组件106的底层结构的分析。检测器112可以是用于收集衍射的x射线的强度峰值的分布的检测器栅格(或栅格检测器)。例如，检测器栅格可以是尺寸为约100nm至约200nm的检测器阵列。可以利用μXrD的分辨率收集衍射的x射线，其可以在约60微米处开始。在各种实施例中，透镜115可以位于被测组件106和检测器112之间以将衍射的x射线放大和/或聚焦到检测器112上。在一些实施方式中，透镜115可以是包括波带片和闪烁体的双组分单元。菲涅耳波带片可以被放置在衍射的x射线的路线中以起到物镜波带片(objectivezoneplate)的作用，并且之后，闪烁体可以被放置在检测器112(例如，电荷耦合设备(CCD)相机)之前。通过改变被测组件的位置和/或朝向，可以为每个采样获得多个μXrD图像。可以处理检测的x射线以基于强度峰值来确定成像的材料的相位图。相位图可以提供该材料的微结构图像。在图像被捕获和处理之后，可以对它们进行分析以确定正被成像的材料的材料特性。分析可以包括数据存储的数据挖掘以确定相应的特性。(多个)捕获的图像与参考图像(或其它信息)的数据存储的比较可以被用来确定被测组件106的材料特性，其中该参考图像(或其它信息)已经与诸如例如拉伸强度、硬度、耐久性等的测量的特性相关联。各种图案识别应用可以被用来将获取的图像与数据存储中的适当信息相匹配。在一些实施方式中，可以基于(多个)μXrD图像来训练神经网络以确定材料特性。例如，许多高强度钢包含铁氧体和带有具有两个不同相位的晶粒(例如α-铁氧体和渗碳体)的马氏体微结构。晶粒尺寸和/或朝向可影响钢的材料特性。通过利用具有波长为的8keV的x射线源103照明被测组件106，入射x射线可以穿透材料表面多达4.2μm。以这种方式，可以三维(包括材料表面下方的多个原子平面)地评估材料。束斑可以在材料的表面上移动以覆盖定义的区域。通过检测器栅格的强度峰值的测量允许晶粒相位的差异化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非破坏性材料测试的系统，所述系统包括：x射线源，被配置为在测试项目上生成束斑；栅格检测器，被配置为接收从测试对象衍射的x射线；以及计算设备，被配置为至少部分地基于从所述测试对象衍射的x射线的衍射图案来确定微结构图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 US 62/148,3401.一种用于非破坏性材料测试的系统，所述系统包括：x射线源，被配置为在测试项目上生成束斑；栅格检测器，被配置为接收从测试对象衍射的x射线；以及计算设备，被配置为至少部分地基于从所述测试对象衍射的x射线的衍射图案来确定微结构图像。2.如权利要求1所述的系统，其中所述计算设备被配置为至少部分地基于所述微结构图像来确定所述测试对象的材料特性。3.如权利要求2所述的系统，其中通过将所述微结构图像与预先获得的材料测试信息相关联来确定所述材料特性。4.如权利要求2或3中任一项所述的系统，其中使用图案识别来确定所述材料特性。5.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述栅格检测器被配置为被重新放置以接收从所述测试对象以多个角度衍射的x射线。6.如权利要求1-5中任一项所述的系统，包括纵轴双向测角仪，被配置为调整所述测试对象相对于所述x射线源的朝向。7.如权利要求1-6中任一项所述的系统，其中所述栅格检测器包括与从所述测试对象衍射的所述x射线对准的闪烁体。8.如权利要求1-7中任一项所述的系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：L瓦尔加，B瓦尔加，V卡洛，
申请(专利权)人：阿卜杜拉国王科技大学，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA