基于单色X射线衍射的单晶或定向晶检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单色X射线衍射的单晶或定向晶应变/力检测系统，其中，样品台上表面支承单晶样品，所述样品台包括绕第一轴的倾转自由度以及绕第二轴的旋转自由度；X射线发生器配置成生成单色X射线以照射所述单晶样品，所述X射线发生器在X射线发生器‑探测器平面内的预定角度范围以预定步长偏转以改变入射角；可移动探测器配置成获得衍射信号，所述可移动探测器在X射线发生器‑探测器平面内摆动；连接所述可移动探测器检测模块包括计算衍射角的衍射角计算单元和基于所述衍射角计算残余应力的残余应力计算单元。

Single crystal or directional crystal detection system based on monochromatic X-ray diffraction

【技术实现步骤摘要】
基于单色X射线衍射的单晶或定向晶检测系统
本专利技术属于单晶测量
，特别是一种基于单色X射线衍射的单晶或定向晶应变/力检测系统。
技术介绍
叶片作为燃气轮机和飞机发动的核心组成部件，长时间在极端的条件下服役。镍基的单晶叶片由于具有优越的高温力学性能、抗高温蠕变性能以及抗氧化性，得到了广泛的使用。叶片的造型复杂，工艺繁琐，因此在单晶叶片的生产加工过程中不可避免地会在叶片各处引入残余应力。残余应力的存在对于叶片的服役性能会产生重要的影响。除去单晶叶片在生产加工过程中引入残余应力以外，在单晶叶片的修复中，残余应力也是不可忽视的要素，3D打印技术作为一项极具潜力的技术，在单晶叶片修复中具有极高的可行性，可以大比例降低燃气轮机和飞机发动机的维修成本。然而，3D打印技术在叶片修复中也存在有一定的局限性，如Y.Li等人在研究中发现在激光辅助的3D打印镍基合金中存在着枝晶的生长，且在枝晶间有缺陷和残余应变的分布。同时D.Qian等人在报道中揭示了3D打印区和基底之间界面存在残余应力，并由此诱发裂纹生长，对3D打印叶片的使用造成不利的影响。因而对叶片，无论是刚刚结束加工的崭新叶片抑或是修理后的叶片，我们都需要对其中的残余应力进行定量测量，从而检测叶片服役前的状态、预测叶片服役寿命以及优化叶片加工工艺以及3D打印参数。目前，对于残余应力的无损检测，在实验室级别的仪器检测中，多集中于对多晶样品进行测量，通过大科学装置如同步辐射X射线和中子衍射对叶片进行精密检测，然而大科学装置不满足工程中希望进行方便高效的检测方式，机时有限，不能够全年运转，随时为残余应变检测待命。大科学装置往往在实验数据中包含其他信息，而这些信息在数据挖掘的过程中才能够获得，而工程实际中，这部分信息并不必要，利用大科学装置来进行残余应力的测量相反会造成资源的浪费。因此，我们希望根据以上的实际需求以及现有技术的不足，我们将有针对地提出一种利用常规实验室能量级的单色X射线的单晶应力单峰检测系统。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于单色X射线衍射的单晶或定向晶应变/力检测系统，简化检测需求，仅需低的实验室能量级单色X射线便可方便地得到单晶残余应力。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于单色X射线衍射的单晶或定向晶应变/力检测系统包括，样品台，其上表面支承单晶样品，所述样品台包括绕第一轴的倾转自由度以及绕第二轴的旋转自由度；X射线发生器，其配置成生成单色X射线以照射所述单晶样品，所述X射线发生器在X射线发生器-探测器平面内的预定角度范围以预定步长偏转以改变入射角；可移动探测器，其配置成获得衍射信号，所述可移动探测器在X射线发生器-探测器平面内摆动；检测模块，其连接所述可移动探测器，其包括，衍射角计算单元，其基于所述衍射信号获得衍射峰最强的位置，基于所述位置对所述衍射峰形高斯拟合求得满足衍射条件的衍射角，残余应力计算单元，基于所述衍射角得到晶面间距，基于所述晶面间距获得应变，并计算单晶样品的残余应力。所述的检测系统中，所述样品台包括用于测量样品高度的测量单元和用于调整样品高度使样品的表面位于共心高位置的调节单元，所述共心高位置为样品倾转过程中不改变观测点高度的位置。所述的检测系统中，所述调节单元包括调节丝杠或可转动夹具，所述测量单元包括光学测量单元或激光测量单元。所述的检测系统中，在X射线发生器-探测器平面内偏转的所述X射线发生器的偏转圆心和/或在X射线发生器-探测器平面内摆动的可移动探测器的摆动圆心位于所述共心高位置。所述的检测系统中，可移动探测器经由滑轨改变其与样品表面的距离。所述的检测系统中，检测系统还包括用于测量样品的晶体取向的电子背散射衍射器和用于校准衍射峰的峰位的标准样。所述的检测系统中，所述标准样包括氧化铝粉末、碳酸钙粉末和/或锂镧锆氧粉末，均匀覆盖在样品表面，或铺设在样品等高位置。所述的检测系统中，检测模块包括用于存储数据的存储器和用于处理数据及绘图的数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。所述的检测系统中，所述可移动探测器为面探测器或线探测器，当选择面探测器时，通过探测器上的相应的衍射峰位置测算衍射角。所述的检测系统中，检测模块有线或无线连接移动终端，所述移动终端包括电脑、手机、手环、大屏幕和云服务器。所述的检测系统中，所述第一轴垂直于第二轴且相交。和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术基于样品已确定的晶体取向调整样品高度使样品的表面位于共心高位置，其中，所述共心高位置为样品倾转过程中不改变观测点高度的位置，确保了检测精度；调整单色X射线的入射方向和用于获得衍射信号的探测器与样品相对位置使样品的晶面满足衍射条件，并在探测器上取得衍射信号；基于所述衍射信号获得衍射峰最强的位置，基于所述位置对所述衍射峰形高斯拟合求得满足衍射条件的衍射角；基于所述衍射角得到晶面间距，基于所述晶面间距获得应变，并计算样品的残余应力，简化检测需求，可方便地大批量检测单晶残余应力且无需高能量级的X射线和中子衍射同步。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的实施基于单色X射线衍射的单晶或定向晶检测系统的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的实施基于单色X射线衍射的单晶或定向晶检测系统的结构示意图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1至图2更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单色X射线衍射的单晶或定向晶应变/力检测系统，其包括，/n样品台，其上表面支承单晶样品，所述样品台包括绕第一轴的倾转自由度以及绕第二轴的旋转自由度；/nX射线发生器，其配置成生成单色X射线以照射所述单晶样品，所述X射线发生器在X射线发生器-探测器平面内的预定角度范围以预定步长偏转以改变入射角；/n可移动探测器，其配置成获得衍射信号，所述可移动探测器在X射线发生器-探测器平面内摆动；/n检测模块，其连接所述可移动探测器，其包括，/n衍射角计算单元，其基于所述衍射信号获得衍射峰最强的位置，基于所述位置对所述衍射峰形高斯拟合求得满足衍射条件的衍射角，/n残余应力计算单元，基于所述衍射角得到晶面间距，基于所述晶面间距获得应变，并计算单晶样品的残余应力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单色X射线衍射的单晶或定向晶应变/力检测系统，其包括，
样品台，其上表面支承单晶样品，所述样品台包括绕第一轴的倾转自由度以及绕第二轴的旋转自由度；
X射线发生器，其配置成生成单色X射线以照射所述单晶样品，所述X射线发生器在X射线发生器-探测器平面内的预定角度范围以预定步长偏转以改变入射角；
可移动探测器，其配置成获得衍射信号，所述可移动探测器在X射线发生器-探测器平面内摆动；
检测模块，其连接所述可移动探测器，其包括，
衍射角计算单元，其基于所述衍射信号获得衍射峰最强的位置，基于所述位置对所述衍射峰形高斯拟合求得满足衍射条件的衍射角，
残余应力计算单元，基于所述衍射角得到晶面间距，基于所述晶面间距获得应变，并计算单晶样品的残余应力。


2.根据权利要求1所述的检测系统，其中，优选的，所述样品台包括用于测量样品高度的测量单元和用于调整样品高度使样品的表面位于共心高位置的调节单元，所述共心高位置为样品倾转过程中不改变观测点高度的位置。


3.根据权利要求2所述的检测系统，其中，所述调节单元包括调节丝杠或可转动夹具，所述测量单元包括光学测量单元或激光测量单元。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，沈昊，朱文欣，寇嘉伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61