Текстура (кристаллография)

У этого термина существуют и другие значения, см. Текстура.

Текстура — преимущественная ориентация зёрен кристаллических решёток в поликристалле. В металлических материалах может возникать при кристаллизации, пластической деформации, рекристаллизации и некоторых других обработках. Различают аксиальную или волокнистую текстуру, плоскостную и полную (двухкомпонентную). ^[1]

Свойства и применение

Текстурированный поликристалл обладает анизотропией и приближается по свойствам к монокристаллу. В предельном случае весь образец может превратиться в псевдомонокристалл. Иногда существует несколько идеальных ориентаций, и общий разброс ориентаций в этом случае больше.

Текстурирование широко используется для улучшения эксплуатационных характеристик некоторых материалов, например трансформаторных сталей. В других случаях, например в сталях для глубокой вытяжки, может быть вредна.

Функция распределения ориентаций

Основная статья: Функция распределения ориентаций

Полное трёхмерное представление кристаллографической текстуры возможно с помощью функции распределения ориентаций (ФРО), которое может быть достигнуто путём анализа набора полюсных фигур или дифракционных спектров. Впоследствии все полюсные фигуры могут быть выведены из ФРО.

Классификация текстур по характеру расположения решётки отдельных кристаллитов

Качественно вид текстуры определяется характером расположения решётки отдельных кристаллитов в поликристаллическом материале относительно внешних осей образца. Различают однокомпонентные, когда существует только одна группа кристаллитов в поликристалле, имеющая одну преимущественную ориентацию, и многокомпонентные текстуры, когда существует несколько групп кристаллитов, характеризующихся отличными ориентировками.

Выделяют аксиальную, плоскостную и полную текстуры.

Аксиальная текстура

Аксиальная текстура характеризуется наличием преимущественного кристаллографического направления — оси текстуры, совпадающего с внешним направлением образца. Кристаллическая решётка различных зёрен поликристаллического образца с некоторой вероятностью сонаправленна с каким-то кристаллографическим направлением.

Плоскости решётки, перпендикулярные оси текстуры, называют диатропными.

Аксиальная текстура бывает простая, когда ось текстуры совпадает с внешним направлением образца, и сложная. Последняя бывает нескольких видов:

• Кольцевая — ось текстуры перпендикулярна внешнему направлению образца.
• Спиральная текстура, при которой ось текстуры отклонена от продольной оси образца на небольшой угол.

Вассерман и Гревен приводят восемь теоретически возможных типов аксиальной текстуры, причем коническая текстура также отнесена к аксиальной.

Классификация текстур по условию возникновения

В зависимости от условий возникновения различают текстуры: роста, деформации, рекристаллизации.

Фактическое распределение ориентации зёрен в материале, подвергнутом деформации, называют текстурой деформации. Если такой материал подвергнуть рекристаллизации, то в нём снова образуется текстура. Она может быть идентично исходной, но, как правило, сильно отличается от неё. Такая текстура называется текстурой отжига. ^[2]

Текстуры роста

К текстурам роста, прежде всего, относится текстура литья. В процессе кристаллизации слитков следствие направленного отвода тепла происходит ориентированный рост столбчатых кристаллов.

Также применяется метод направленной кристаллизации, при котором создают условия ускоренного отвода тепла в направлении оси слитка. После затвердевания такой слиток состоит из длинных кристаллов, вытянутых вдоль его оси.

Текстура роста наблюдается в материалах полученных электролитическим путём.

Наблюдается в плёнках, полученных путём конденсации вещества из паров на подложку. В этом случае текстура плёнки зависит от текстуры подложки.^[3]

Текстуры деформации

При холодной прокатке металлов, имеющих решётку объемноцентрированного куба, многие зерна ориентируются так, что в плоскости листа устанавливается грань куба (100), а для металлов с решёткой гранецентрированного куба — диагональная плоскость (110). Указанные кристаллографические плоскости ориентируются в направлении прокатки соответственно следующим образом: [110] и [112].

При волочении медной или алюминиевой проволоки пространственная диагональ [111] или ребро куба [100] устанавливается параллельно оси проволоки или направлению вытягивания, а при волочении железной проволоки — параллельно направлению тянущей силы устанавливается диагональ грани куба [101].^[4]

Текстуры рекристаллизации (отжига)

Текстуры рекристаллизации наблюдаются в меди, железе, алюминии и других металлах.

Возможно три различных случая при рекристаллизации:

• Устранение текстуры. Образуются беспорядочно ориентированные зерна
• Текстура рекристаллизации не совпадает с текстурой деформации
• Текстура рекристаллизации совпадает с текстурой деформации и в некоторых случаях может усилиться.^[4]

Текстура рекристаллизации сильно зависит от текстуры деформации, чистоты металла и характера отжига.

Методы исследования

Как правило, текстуру кристаллического материала исследуют с помощью нейтронографического, рентгеноструктурного анализа и микроскопии (как оптической, так и электронной).

При рентгеноструктурном анализе объектом исследования является макротекстура, поскольку исследуется площадь с размером порядка квадратного сантиметра. Микротекстуру же можно исследовать методом дифракции отражённых электронов, с помощью которой можно получить не только полюсные фигуры, но и информацию о формах, размерах и положении зёрен, об их разориентации.

См. также

• Рентгеноструктурный анализ.
• Дифракция отражённых электронов.
• Оптическая микроскопия.