حيود الإلكترون المرتدّ

في مجهر حيود الإلكترونات المرتدة، توضع عادةً عينة بلورية مصقولة ومسطحة داخل حجرة المجهر. تُمال العينة بزاوية 70 درجة تقريبًا عن موضع العينة المسطحة في المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وبزاوية 110 درجة بالنسبة لكاشف حيود الإلكترونات المرتدة (EBSD). ^{[ 3 ]} يؤدي إمالة العينة إلى إطالة حجم التفاعل عموديًا على محور الإمالة، مما يسمح بخروج المزيد من الإلكترونات من العينة، وبالتالي الحصول على إشارة أفضل. ^{[ 4 ] [ 5 ]} يُركز شعاع إلكتروني عالي الطاقة (عادةً 20 كيلو فولت) على حجم صغير، ويتشتت بدقة مكانية تبلغ 20  نانومتر تقريبًا على سطح العينة. ^{[ 6 ]} تختلف الدقة المكانية باختلاف طاقة الشعاع، ^{[ 6 ]} والعرض الزاوي، ^{[ 7 ]} وحجم التفاعل، ^{[ 8 ]} وطبيعة المادة قيد الدراسة، ^{[ 6 ]} وفي حيود كيكوتشي النافذ (TKD)، باختلاف سمك العينة. ^{[ 9 ]} وبالتالي، فإن زيادة طاقة الشعاع تزيد من حجم التفاعل وتقلل من الدقة المكانية. ^{[ 10 ]}

يقع كاشف حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD) داخل حجرة العينة في المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) بزاوية 90 درجة تقريبًا بالنسبة لقطعة القطب. ويتكون كاشف EBSD عادةً من شاشة فسفورية تُثار بواسطة الإلكترونات المشتتة عكسيًا. ^{[ 11 ]} وتُقترن الشاشة بعدسة تُركز الصورة من الشاشة الفسفورية على جهاز اقتران الشحنات (CCD) أو كاميرا أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة التكميلية (CMOS). ^{[ 12 ]}

في هذا التكوين، عندما تغادر الإلكترونات المتناثرة العينة، فإنها تتفاعل مع جهد كولوم وتفقد الطاقة أيضًا بسبب التشتت غير المرن مما يؤدي إلى نطاق من زوايا التشتت (${\displaystyle \theta _{hkl}}$[ ^{11 ] [ 13 ]} تُشكّل الإلكترونات المتناثرة للخلف خطوط كيكوتشي - ذات شدات مختلفة - على غشاء/شاشة مسطحة حساسة للإلكترونات (عادةً ما تكون من الفوسفور)، وتتجمع لتشكيل حزمة كيكوتشي. تُعدّ خطوط كيكوتشي هذه أثرًا لقطع زائد ناتج عن تقاطع ^مخاريط كوسيل مع مستوى شاشة الفوسفور. يرتبط عرض حزمة كيكوتشي بزوايا التشتت، وبالتالي بالمسافة.${\displaystyle d_{hkl}}$بين مستويات الشبكة ذات مؤشرات ميلر h و k و l. ^{[ 14 ] [ 15 ]} سُميت خطوط وأنماط كيكوتشي هذه نسبةً إلى سيشي كيكوتشي ، الذي كان، بالاشتراك مع شوجي نيشيكاوا ، أول من لاحظ نمط الحيود هذا في عام 1928 باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) ^{[ 16 ]} ، وهو نمط مشابه في هندسته لنمط كوسيل للأشعة السينية. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

تتقاطع نطاقات كيكوتشي المرتبة بشكل منهجي، والتي تتفاوت شدتها على امتداد عرضها، حول مركز مناطق الاهتمام (ROI)، واصفةً بذلك بنية البلورات الحجمية المدروسة. ^{[ 19 ]} تُشكل هذه النطاقات وتقاطعاتها ما يُعرف بأنماط كيكوتشي أو أنماط التشتت العكسي للإلكترونات (EBSPs). ولتحسين التباين، تُصحح خلفية الأنماط بإزالة التشتت غير المتناحي/غير المرن باستخدام تصحيح الخلفية الثابت أو تصحيح الخلفية الديناميكي. ^{[ 20 ]}

بلورة أحادية من كربيد السيليكون 4H ، تم الحصول على صور EBSP المسقطة بشكل موحد باستخدام (يسار) تصحيح الخلفية التقليدي، (وسط) الديناميكي، و(يمين) تصحيح الخلفية المدمج

تُجرى تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD) باستخدام مجهر إلكتروني ماسح مزود بكاشف EBSD يحتوي على الأقل على شاشة فسفورية وعدسة مدمجة وكاميرا CCD أو CMOS تعمل في ظروف الإضاءة المنخفضة. اعتبارًا من سبتمبر 2023 تأتي أنظمة EBSD المتوفرة تجارياً عادةً مزودة بإحدى كاميرتي CCD مختلفتين: للقياسات السريعة، تتمتع شريحة CCD بدقة أصلية تبلغ 640×480 بكسل؛ أما للقياسات الأبطأ والأكثر حساسية، فيمكن أن تصل دقة شريحة CCD إلى 1600×1200 بكسل. ^{[ 13 ] [ 6 ]}

تتمثل الميزة الأكبر لأجهزة الكشف عالية الدقة في حساسيتها العالية، مما يسمح بتحليل المعلومات الموجودة في كل نمط حيود بتفصيل أكبر. ولأغراض قياس النسيج والاتجاه، تُجمّع أنماط الحيود لتقليل حجمها ووقت الحساب. وتستطيع أنظمة EBSD الحديثة القائمة على CCD فهرسة الأنماط بسرعة تصل إلى 1800 نمط/ثانية، مما يُمكّن من إنشاء خرائط دقيقة وغنية للبنية المجهرية بسرعة. ^{[ 14 ] [ 21 ]}

يجب أن تكون العينة مستقرة في الفراغ. وعادةً ما تُثبّت باستخدام مركب موصل (مثل راتنج إيبوكسي حراري مملوء بالنحاس)، مما يقلل من انحراف الصورة وشحن العينة تحت تأثير إشعاع حزمة الإلكترونات. وتتأثر جودة حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSP) بتحضير السطح. عادةً ما تُصقل العينة باستخدام ورق كربيد السيليكون من 240 إلى 4000 حبيبة، ثم تُلمّع باستخدام معجون الماس (من 9 إلى 1  ميكرومتر) ثم باستخدام السيليكا الغروية بحجم  50 نانومتر . بعد ذلك، تُنظف العينة بالإيثانول ، وتُشطف بالماء منزوع الأيونات ، وتُجفف باستخدام منفاخ هواء ساخن. وقد يتبع ذلك تلميع بحزمة أيونية ، كتحضير نهائي للسطح. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

داخل المجهر الإلكتروني الماسح، يحدد حجم منطقة القياس الدقة المحلية ووقت القياس. ^{[ 26 ]} تتضمن الإعدادات المعتادة للحصول على صور حيود الإلكترونات المشتتة عالية الجودة تيارًا مقداره 15 نانو أمبير، وطاقة شعاع مقدارها 20 كيلو فولت،  ومسافة عمل مقدارها 18 ملم، ووقت تعريض طويل، وتقليل تجميع بكسلات CCD إلى الحد الأدنى. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} يتم ضبط شاشة الفوسفور الخاصة بتقنية حيود الإلكترونات المشتتة على  مسافة عمل مقدارها 18 ملم وحجم خطوة خريطة أقل من 0.5  ميكرومتر لتحليل كثافة الإجهاد والانخلاعات . ^{[ 31 ] [ 22 ]}

يؤدي تحلل الهيدروكربونات الغازية، وكذلك الهيدروكربونات الموجودة على سطح العينات، بفعل شعاع الإلكترون داخل المجهر إلى ترسب الكربون، ^{[ 32 ]} مما يُقلل من جودة أنماط حيود الإلكترونات المشتتة (EBSPs) داخل المنطقة المدروسة مقارنةً بتلك الموجودة خارج نافذة القياس. ويزداد تدرج تدهور النمط كلما اتجهنا داخل المنطقة المدروسة، مع تراكم واضح للكربون المترسب. كما تُبرز البقع السوداء الناتجة عن الترسب الفوري للكربون بفعل الشعاع هذا الترسب الفوري حتى في حال عدم حدوث تكتل. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

لا يوجد اتفاق حول تعريف دقة العمق. على سبيل المثال، يمكن تعريفها بأنها العمق الذي تتولد عنده حوالي 92% من الإشارة، ^{[ 35 ] [ 36 ]} أو بجودة النمط، ^{[ 37 ]} أو قد تكون غامضة مثل "حيث يتم الحصول على معلومات مفيدة". ^{[ 38 ]} حتى مع تعريف محدد، تزداد دقة العمق مع طاقة الإلكترون وتقل مع متوسط ​​الكتلة الذرية للعناصر المكونة للمادة المدروسة: على سبيل المثال، قُدِّرت بـ 40  نانومتر للسيليكون و10  نانومتر للنيكل عند طاقة 20 كيلو فولت. ^{[ 39 ]} سُجِّلت قيم صغيرة بشكل غير معتاد لمواد يختلف تركيبها وبنيتها على طول سمكها. على سبيل المثال، يؤدي طلاء السيليكون أحادي البلورة ببضعة نانومترات من الكروم غير المتبلور إلى تقليل دقة العمق إلى بضعة نانومترات عند طاقة 15 كيلو فولت. ^{[ 37 ]} في المقابل، خلصت إيزابيل وديفيد ^{[ 40 ]} إلى أن دقة العمق في البلورات المتجانسة يمكن أن تمتد أيضًا إلى 1  ميكرومتر بسبب التشتت غير المرن (بما في ذلك التشويه المماسي وتأثير التوجيه). ^{[ 24 ]}

أشارت مقارنة حديثة بين التقارير المتعلقة بدقة العمق في تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD)، أجراها كوكو وآخرون ^{[ 24 ]،} إلى أن معظم المنشورات لا تقدم أساسًا منطقيًا لتعريف دقة العمق، كما أنها لا تتضمن معلومات حول حجم الشعاع، وزاوية الميل، والمسافة بين الشعاع والعينة، والمسافة بين العينة والكاشف. ^{[ 24 ]} تُعد هذه معايير حاسمة لتحديد دقة العمق أو محاكاتها. ^{[ 40 ]} لا يُعتبر تيار الشعاع عمومًا مؤثرًا على دقة العمق في التجارب أو المحاكاة. ومع ذلك، فهو يؤثر على حجم بقعة الشعاع ونسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وبالتالي، بشكل غير مباشر، على تفاصيل النمط ومعلومات عمقه. ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

توفر محاكاة مونت كارلو منهجًا بديلًا لتحديد دقة العمق لتكوين الإلكترونات المرتدة (EBSPs)، والتي يمكن تقديرها باستخدام نظرية موجة بلوخ ، حيث تخرج الإلكترونات الأولية المرتدة - بعد تفاعلها مع الشبكة البلورية - من السطح، حاملةً معلومات حول بلورية الحجم المتفاعل مع الإلكترونات. ^{[ 44 ]} يعتمد توزيع طاقة الإلكترونات المرتدة (BSE) على خصائص المادة وظروف الحزمة. ^{[ 45 ]} يتأثر مجال موجة BSE هذا أيضًا بعملية التشتت الحراري المنتشر التي تسبب تشتتًا غير متماسك وغير مرن (فقدان الطاقة) - بعد أحداث الحيود المرن - والتي لا يوجد لها، حتى الآن، وصف فيزيائي كامل يمكن ربطه بالآليات التي تشكل دقة عمق EBSP. ^{[ 46 ] [ 47 ]}

تعتمد كل من تجربة EBSD والمحاكاة عادةً على افتراضين: أن السطح نقي وله دقة عمق متجانسة؛ ومع ذلك، لا يصح أي منهما بالنسبة لعينة مشوهة. ^{[ 37 ]}

إذا تم وصف هندسة الإعداد بدقة، فمن الممكن ربط الحزم الموجودة في نمط الحيود بالبلورة الأساسية والاتجاه البلوري للمادة داخل حجم تفاعل الإلكترونات. يمكن فهرسة كل حزمة على حدة باستخدام مؤشرات ميلر لمستوى الحيود الذي شكلها. في معظم المواد، تتقاطع ثلاث حزم/مستويات فقط، وهي كافية لوصف حل فريد لاتجاه البلورة (بناءً على زواياها بين المستويات). تستخدم معظم الأنظمة التجارية جداول بحث مع قواعد بيانات بلورية دولية للفهرسة. يربط اتجاه البلورة هذا اتجاه كل نقطة تم أخذ عينة منها باتجاه بلورة مرجعي. ^{[ 3 ] [ 48 ]}

غالبًا ما تكون عملية الفهرسة هي الخطوة الأولى في عملية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD) بعد جمع النمط. تسمح هذه العملية بتحديد اتجاه البلورة في الحجم الوحيد للعينة الذي جُمع منه النمط. ^{[ 49 ] [ 50 ]} باستخدام برامج EBSD، تُكتشف نطاقات النمط عادةً عبر خوارزمية رياضية تعتمد على تحويل هوف المُعدَّل ، حيث يُمثل كل بكسل في فضاء هوف خطًا/نطاقًا فريدًا في نمط حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSP). يُتيح تحويل هوف اكتشاف النطاقات، التي يصعب تحديد موقعها بواسطة الحاسوب في نمط حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا الأصلي. بمجرد اكتشاف مواقع النطاقات، يُمكن ربط هذه المواقع باتجاه البلورة الأساسي، حيث تُمثل الزوايا بين النطاقات الزوايا بين مستويات الشبكة البلورية. وبالتالي، يُمكن تحديد حل الاتجاه عند معرفة موضع/زوايا ثلاثة نطاقات. في المواد ذات التناظر العالي، يُستخدم عادةً أكثر من ثلاثة نطاقات للحصول على قياس الاتجاه والتحقق منه. ^{[ 50 ]}

تُعالج أنماط الحيود مسبقًا لإزالة التشويش، وتصحيح تشوهات الكاشف، وتطبيع شدة الإشارة. ثم تُقارن أنماط الحيود المُعالجة مسبقًا بمكتبة أنماط مرجعية للمادة قيد الدراسة. تُولّد الأنماط المرجعية بناءً على البنية البلورية المعروفة للمادة واتجاه الشبكة البلورية. يُحدد اتجاه الشبكة البلورية الذي يُحقق أفضل تطابق مع النمط المقاس باستخدام مجموعة متنوعة من الخوارزميات. هناك ثلاث طرق رئيسية للفهرسة تُنفذها معظم برامج EBSD التجارية: التصويت الثلاثي؛ ^{[ 51 ] [ 52 ]} تقليل "التطابق" بين النمط التجريبي والاتجاه المحدد حسابيًا، ^{[ 53 ] [ 54 ]} و/أو متوسط ​​أنماط الجوار وإعادة الفهرسة (NPAR ) ^{[ 55 ]} . تُعطي الفهرسة حلًا فريدًا لاتجاه البلورة المفردة المرتبط باتجاهات البلورات الأخرى ضمن مجال الرؤية. ^{[ 56 ] [ 57 ]}

يتضمن التصويت الثلاثي تحديد عدة "ثلاثيات" مرتبطة بحلول مختلفة لاتجاه البلورة؛ ويحصل كل اتجاه بلوري يتم تحديده من كل ثلاثية على صوت واحد. إذا حددت أربعة نطاقات نفس اتجاه البلورة، فإن أربعة ( أربعة يختارون ثلاثة ، أي${\displaystyle C(4,3)}$سيتم التصويت على هذا الحل المحدد. وبالتالي، فإن التوجيه المرشح الحائز على أعلى عدد من الأصوات سيكون الحل الأرجح لتوجيه البلورة الأساسي. يصف عدد الأصوات للحل المختار مقارنةً بإجمالي عدد الأصوات مدى الثقة في الحل الأساسي. يجب توخي الحذر عند تفسير "مؤشر الثقة" هذا، حيث قد تؤدي بعض التوجيهات شبه المتناظرة إلى انخفاض الثقة في أحد الحلول المرشحة مقارنةً بآخر. ^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]} يتضمن تقليل التطابق البدء بجميع التوجيهات الممكنة للثلاثية. يتم تضمين المزيد من النطاقات، مما يقلل من عدد التوجيهات المرشحة. مع زيادة عدد النطاقات، يتقارب عدد التوجيهات الممكنة في النهاية إلى حل واحد. يمكن تحديد "التطابق" بين التوجيه المقاس والنمط الملتقط. ^{[ 57 ]}

بشكل عام، تتضمن عملية فهرسة أنماط الحيود في تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD) مجموعة معقدة من الخوارزميات والحسابات، ولكنها ضرورية لتحديد البنية البلورية واتجاه المواد بدقة مكانية عالية. وتتطور عملية الفهرسة باستمرار، حيث تُستحدث خوارزميات وتقنيات جديدة لتحسين دقة العملية وسرعتها. بعد ذلك، يُحسب مؤشر ثقة لتحديد جودة نتيجة الفهرسة. ويستند مؤشر الثقة إلى جودة التطابق بين الأنماط المقاسة والمرجعية. بالإضافة إلى ذلك، يأخذ في الاعتبار عوامل مثل مستوى الضوضاء ودقة الكاشف وجودة العينة. ^{[ 50 ]}

على الرغم من أن هذا الوصف الهندسي المرتبط بالحل الحركي باستخدام شرط براغ يُعدّ بالغ الأهمية والفائدة لتحليل التوجيه والنسيج ، إلا أنه يصف فقط هندسة الشبكة البلورية، متجاهلاً العديد من العمليات الفيزيائية التي تحدث داخل المادة المُشتِّتة. لذا، يتطلب وصف أدقّ التفاصيل ضمن نمط تشتت حزمة الإلكترونات (EBSP) استخدام نموذج ديناميكي متعدد الحزم (على سبيل المثال، لا يتوافق تباين شدة الحزم في نمط تجريبي مع الحل الحركي المرتبط بعامل البنية ). ^{[ 61 ] [ 47 ]}

لربط اتجاه البلورة، كما هو الحال في حيود الأشعة السينية (XRD)، يجب معرفة هندسة النظام. على وجه الخصوص، يصف مركز النمط المسافة بين حجم التفاعل والكاشف، وموقع أقرب نقطة بين الفوسفور والعينة على شاشة الفوسفور. استخدمت الدراسات المبكرة بلورة أحادية ذات اتجاه معروف تُدخل في حجرة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وكان من المعروف أن سمة معينة من انعكاس الإلكترونات المشتتة (EBSP) تتوافق مع مركز النمط. وشملت التطورات اللاحقة استغلال علاقات هندسية مختلفة بين توليد انعكاس الإلكترونات المشتتة وهندسة الحجرة (إسقاط الظل وحركة الفوسفور). ^{[ 62 ] [ 57 ]}

لسوء الحظ، تتسم كل من هذه الطرق بالتعقيد، وقد تكون عرضة لبعض الأخطاء المنهجية بالنسبة للمستخدم العادي. وعادةً ما يصعب استخدامها في أجهزة المجهر الإلكتروني الماسح الحديثة ذات الاستخدامات المتعددة. لذا، تستخدم معظم أنظمة حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا التجارية خوارزمية الفهرسة مع حركة تكرارية لاتجاه البلورة وموقع مركز النمط المقترح. ويؤدي تقليل التطابق بين النطاقات الموجودة ضمن الأنماط التجريبية وتلك الموجودة في جداول البحث إلى التقارب نحو موقع مركز النمط بدقة تتراوح بين 0.5% و1% من عرض النمط. ^{[ 21 ] [ 6 ]}

أدى التطور الأخير لبرنامجي AstroEBSD ^{[ 63 ]} وPCGlobal ^{[ 64 ]} مفتوحي المصدر والمكتوبين بلغة MATLAB إلى زيادة دقة تحديد مركز النمط (PC) وبالتالي الإجهادات المرنة ^{[ 65 ]} باستخدام أسلوب مطابقة الأنماط ^{[ 66 ]} الذي يحاكي النمط باستخدام برنامج EMSoft. ^{[ 67 ]}

تُستخدم نتائج الفهرسة لإنشاء خريطة للتوجه البلوري عند كل نقطة على السطح قيد الدراسة. وبالتالي، فإن مسح حزمة الإلكترونات بطريقة محددة (عادةً في شبكة مربعة أو سداسية، مع تصحيح تقصير الصورة الناتج عن ميل العينة) ينتج عنه العديد من الخرائط المجهرية الغنية. ^{[ 68 ] [ 69 ]} يمكن لهذه الخرائط أن تصف مكانيًا التوجه البلوري للمادة قيد الدراسة، ويمكن استخدامها لفحص البنية المجهرية وشكل العينة. تصف بعض الخرائط توجه الحبيبات وحدودها وجودة نمط الحيود (الصورة). يمكن لأدوات إحصائية متنوعة قياس متوسط ​​عدم التوافق ، وحجم الحبيبات، والنسيج البلوري. من هذه البيانات، يمكن إنشاء العديد من الخرائط والرسوم البيانية. ^{[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]} يمكن عرض بيانات التوجه باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك الترميز اللوني وخطوط الكنتور وأشكال الأقطاب. ^{[ 73 ]}

قد تؤدي عوامل مثل عدم محاذاة المجهر، وانزياح الصورة، وتشوه المسح الذي يزداد مع انخفاض التكبير، وخشونة سطح العينة وتلوثه، وفشل فهرسة الحدود، وجودة الكاشف، إلى عدم دقة في تحديد اتجاه البلورة. ^{[ 74 ]} تعتمد نسبة الإشارة إلى الضوضاء في تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD) على المادة، وتنخفض عند سرعات الاكتساب العالية وتيار الشعاع المفرط، مما يؤثر على الدقة الزاوية للقياس. ^{[ 74 ]}

يوفر التغير والتدهور في أنماط التشتت الخلفي للإلكترونات (EBSPs) معلومات حول حجم الحيود. ويمكن استخدام تدهور النمط (أي جودة الانتشار) لتقييم مستوى اللدونة من خلال جودة النمط/الصورة (IQ)، ^{[ 78 ]} حيث تُحسب IQ من مجموع القمم المكتشفة عند استخدام تحويل هوف التقليدي. استخدم ويلكنسون ^{[ 79 ]} لأول مرة التغيرات في مواضع خطوط كيكوتشي ذات الرتبة العالية لتحديد الإجهادات المرنة، وإن كان ذلك بدقة منخفضة ^{[ ملاحظة 1 ]} (من 0.3% إلى 1%)؛ ومع ذلك، لا يمكن استخدام هذا النهج لتوصيف الإجهاد المرن المتبقي في المعادن لأن الإجهاد المرن عند نقطة الخضوع عادةً ما يكون حوالي 0.2%. يُعد قياس الإجهاد عن طريق تتبع التغير في خطوط كيكوتشي ذات الرتبة الأعلى عمليًا عندما يكون الإجهاد صغيرًا، لأن موضع النطاق حساس للتغيرات في معلمات الشبكة. ^{[ 43 ]} في أوائل التسعينيات، قام كل من تروست وآخرون ^{[ 80 ]} وويلكنسون وآخرون [19] بدراسة تأثير الإجهاد على جودة النمط. ^{[ 81 ] [ 82 ]} استخدموا تدهور النمط والتغير في موضع محور المنطقة لقياس الإجهادات المرنة المتبقية ودوران الشبكة الصغير بدقة 0.02%. ^{[ 1 ]}

يُعد حيود الإلكترونات المرتدة عالي الدقة الزاوية القائم على الارتباط المتبادل (HR-EBSD)، والذي قدمه ويلكنسون وآخرون ^{[ 83 ] [ 84 ]} ، تقنيةً تعتمد على المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لرسم خرائط الإجهادات المرنة النسبية والدورانات، وتقدير كثافة الانخلاعات الهندسية الضرورية (GND) في المواد البلورية. تستخدم طريقة HR-EBSD الارتباط المتبادل للصور لقياس انزياحات الأنماط بين مناطق الاهتمام (ROI) في أنماط حيود الإلكترونات المرتدة المختلفة (EBSPs) بدقة دون البكسل. ونتيجةً لذلك، يمكن حساب التشوه الشبكي النسبي بين نقطتين في البلورة باستخدام انزياحات الأنماط من أربع مناطق اهتمام غير متوازية على الأقل . عمليًا، تُقاس انزياحات الأنماط في أكثر من 20 منطقة اهتمام لكل نمط حيود الإلكترونات المرتدة لإيجاد أفضل حل لموتر تدرج التشوه ، الذي يمثل التشوه الشبكي النسبي . ^{[ ملاحظة 2 ] [ 86 ] [ 84 ]}

موتر تدرج الإزاحة (${\displaystyle \beta }$) (أو تشوه الشبكة المحلي) يربط بين التحولات الهندسية المقاسة في النمط بين النقطة المجمعة (${\displaystyle {\widehat {p}}}$) والمتجه المرتبط (غير المستوي) (${\displaystyle {\widehat {r}}}$ونقطة مرجعية (${\displaystyle p}$) النمط والمتجه المرتبط به (${\displaystyle r}$وبالتالي، فإن متجه (تحول النمط) (${\displaystyle q}$يمكن كتابة ) كما في المعادلات أدناه، حيث${\displaystyle x_{i}}$و${\displaystyle u_{i}}$الاتجاه والإزاحة في${\displaystyle i}$الاتجاه th، على التوالي. ^{[ 87 ]}

${\displaystyle q=\beta r-(\beta r.{\widehat {r}}){\widehat {r}}}$

${\displaystyle \beta ={\begin{pmatrix}{\partial u_{1} \over x_{1}}&{\partial u_{1} \over x_{2}}&{\partial u_{1} \over x_{3}}\\{\partial u_{2} \over x_{1}}&{\partial u_{2} \over x_{2}}&{\partial u_{2} \over x_{3}}\\{\partial u_{3} \over x_{1}}&{\partial u_{3} \over x_{2}}&{\partial u_{3} \over x_{3}}\end{pmatrix}},\qquad r={\begin{pmatrix}{r_{1}}\\{r_{2}}\\{r_{3}}\\\end{pmatrix}}}$

تُقاس الإزاحات في مستوى الفوسفور (الكاشف) (${\displaystyle \beta _{3}r_{3}=0}$وبذلك، تُبسط العلاقة؛ لذا، يمكن حساب ثمانية من أصل تسعة مكونات لموتر تدرج الإزاحة بقياس الإزاحة في أربع مناطق متميزة ومتباعدة على شعاع EBSP. ^{[ 84 ] [ 87 ]} ثم تُصحح هذه الإزاحة إلى إطار العينة (مع قلبها حول المحور Y) لأن شعاع EBSP يُسجل على شاشة الفوسفور ويُعكس كما في المرآة. ثم تُصحح حول المحور X بمقدار 24 درجة (أي ميل العينة 20 درجة بالإضافة إلى ميل الكاميرا ≈4 درجات، مع افتراض عدم وجود تأثير زاوي من حركة الشعاع ^{[ 21 ]} ). باستخدام نظرية الإجهاد المتناهي الصغر، يُقسم تدرج التشوه إلى إجهاد مرن (جزء متناظر، حيث${\displaystyle ij=ji}$)${\displaystyle e_{ij}}$ودوران الشبكة (الجزء غير المتماثل، حيث${\displaystyle ii=jj=0}$)${\displaystyle \omega _{ij}}$[ ^{84 ]​}

${\displaystyle e_{ij}={1 \over {2}}(\beta _{ij}+\beta _{ij}^{r}),\qquad \omega _{ij}={1 \over {2}}(\beta _{ij}-\beta _{ij}^{r})}$

لا توفر هذه القياسات معلومات حول موترات الإجهاد الحجمي/الهيدروستاتيكي. من خلال فرض شرط حدودي بأن الإجهاد عمودي على السطح (${\displaystyle \sigma _{33}}$) يساوي صفرًا (أي سطح خالٍ من الاحتكاك ^{[ 88 ]} )، وباستخدام قانون هوك مع ثوابت الصلابة المرنة المتباينة الخواص، يمكن تقدير درجة الحرية التاسعة المفقودة في مسألة التصغير المقيد هذه باستخدام محلل غير خطي. ^{[ 84 ]}

${\displaystyle \sigma _{33}=C_{33kl}e_{kl}=0}$

أين${\displaystyle C}$يمثل موتر الصلابة المتباينة للبلورة. يتم حل هاتين المعادلتين لإعادة حساب الانفعال الانحرافي المرن المُحسَّن (${\displaystyle \varepsilon _{kl}}$، بما في ذلك موتر الإجهاد التاسع (الكروي) المفقود. نهج بديل يأخذ في الاعتبار كامل${\displaystyle \beta }$يمكن العثور عليه في ^{[ 88 ]}

${\displaystyle e_{ij}={\begin{pmatrix}{e_{11}}\\{e_{22}}\\{e_{33}}\\{e_{12}+e_{21}}\\{e_{13}+e_{31}}\\{e_{23}+e_{32}}\\\end{pmatrix}},\qquad {\begin{pmatrix}{k_{1}}\\{k_{2}}\\{k_{3}}\\\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}{e_{11}-e_{33}}\\{e_{22}-e_{33}}\\{e_{12}C_{3312}+e_{13}C_{3313}+e_{23}C_{3323}}\\\end{pmatrix}}}$

${\displaystyle \varepsilon _{33}={k_{1}C_{1133}+k_{2}C{2233}+k_{3} \over C_{1133}+C_{2233}+C_{3333}},\qquad \therefore \varepsilon _{kl}={\begin{pmatrix}{k_{1}+\varepsilon _{33}}\\{k_{2}+\varepsilon _{33}}\\{\varepsilon _{33}}\\{2e_{12}}\\{2e_{13}}\\{2e_{23}}\\\end{pmatrix}}}$

وأخيرًا، يتم ربط موترات الإجهاد والانفعال باستخدام موتر الصلابة المتباينة للبلورة (${\displaystyle C_{klij}}$وباستخدام اتفاقية جمع أينشتاين مع تناظر موترات الإجهاد (${\displaystyle \sigma _{ij}=\sigma _{ji}}$). ^{[ 86 ]}

${\displaystyle \sigma _{ij}=C_{ijkl}\varepsilon _{kl}}$

يمكن تقييم جودة البيانات المُنتَجة بحساب المتوسط ​​الهندسي لشدة/ذروات الارتباط في جميع مناطق الاهتمام. تشير القيمة الأقل من 0.25 إلى وجود مشاكل في جودة بيانات حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSPs). ^{[ 87 ]} علاوة على ذلك، يمكن تقدير كثافة الانخلاعات الضرورية هندسيًا (GND) من دورانات الشبكة المقاسة بتقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا عالية الدقة (HR-EBSD) عن طريق ربط محور الدوران والزاوية بين نقاط الخريطة المتجاورة بأنواع الانخلاعات وكثافاتها في المادة باستخدام موتر ناي. ^{[ 31 ] [ 89 ] [ 90 ]}

يمكن لطريقة HR-EBSD تحقيق دقة تصل إلى ±10⁻⁴ ^في مكونات موترات تدرج الإزاحة (أي التغيرات في إجهاد الشبكة ودوران الشبكة بالراديان) عن طريق قياس إزاحات محاور المنطقة داخل صورة النمط بدقة ±0.05 بكسل. ^{[ 84 ] [ 91 ]} كانت هذه الطريقة محدودة بالإجهادات والدورانات الصغيرة (>1.5 درجة) حتى قام بريتون وويلكنسون ^{[ 86 ]} وموريس وآخرون ^{[ 92 ]} برفع حد الدوران إلى ~11 درجة باستخدام تقنية إعادة رسم الخرائط التي تعيد حساب الإجهاد بعد تحويل الأنماط باستخدام مصفوفة دوران (${\displaystyle R}$) محسوبة من التكرار الأول للارتباط المتبادل. ^{[ 1 ]}

${\displaystyle R={\begin{pmatrix}\cos \omega _{12}&\sin \omega _{12}&0\\-\sin \omega _{12}&\cos \omega _{12}&0\\0&0&1\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}1&0&0\\0&\cos \omega _{23}&\sin \omega _{23}\\0&-\sin \omega _{23}&\cos \omega _{23}\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}\cos \omega _{31}&0&-\sin \omega _{31}\\0&1&0\\\sin \omega _{31}&0&\cos \omega _{31}\end{pmatrix}}}$

(أ) صورة الإلكترونات الثانوية (SE) للانخفاض على البلورة الأحادية (001). (ب) مكونات الإجهاد والدوران بتقنية HR-EBSD، وكثافة الانخلاعات الهندسية الضرورية (${\displaystyle \rho _{GND}}$يُشار إلى موقع EBSP ₀ بنجمة في${\displaystyle \sigma _{yz}}$حجم الخطوة هو 250 نانومتر ^{[ 93 ]}

مع ذلك، فإن زيادة دوران الشبكة، والتي تنتج عادةً عن تشوهات لدنة شديدة، تُسبب أخطاءً في حسابات الإجهاد المرن. ولمعالجة هذه المشكلة، حسّن راجلز وآخرون ^{[ 94 ]} دقة تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عالية الدقة (HR-EBSD)، حتى عند دوران الشبكة بزاوية 12 درجة، باستخدام طريقة التركيب العكسي القائمة على جاوس-نيوتن (ICGN) بدلاً من الارتباط المتبادل. وبالنسبة للأنماط المحاكاة، وضع فيرمي وهوفناجلز ^{[ 95 ]} أيضًا طريقةً تُحقق دقة ±10⁻⁵ ^في مكونات تدرج الإزاحة باستخدام إطار عمل الارتباط الرقمي المتكامل للصور (IDIC) كامل المجال، بدلاً من تقسيم أنماط حيود الإلكترونات المشتتة (EBSPs) إلى مناطق اهتمام صغيرة (ROIs). ويتم تصحيح تشوهات الأنماط في IDIC لتجنب الحاجة إلى إعادة رسم الخرائط حتى زاوية 14 درجة تقريبًا. ^{[ 96 ] [ 97 ]}

لا توفر هذه القياسات معلومات حول الإجهادات الهيدروستاتيكية أو الحجمية ، ^{[ 86 ] [ 84 ]} لأنه لا يوجد تغيير في اتجاهات مستويات الشبكة (الاتجاهات البلورية)، وإنما تغييرات في موضع وعرض نطاقات كيكوتشي فقط. ^{[ 99 ] [ 100 ]}

في تحليل حيود الإلكترونات المشتتة عالية الدقة (HR-EBSD)، يُحسب مجال تشوه الشبكة البلورية نسبةً إلى نمط أو نقطة مرجعية (EBSP ₀ ) لكل حُبيبة في الخريطة، ويعتمد هذا المجال على تشوه الشبكة عند تلك النقطة. يُقاس مجال تشوه الشبكة في كل حُبيبة بالنسبة لهذه النقطة؛ لذا، يُستبعد التشوه المطلق للشبكة عند النقطة المرجعية (نسبةً إلى البلورة غير المُجهدة) من خرائط الإجهاد المرن والدوران في تحليل HR-EBSD. ^{[ 98 ] [ 101 ]} تُشابه "مشكلة النمط المرجعي" هذه "مشكلة d ₀ " في حيود الأشعة السينية، ^{[ 14 ] [ 102 ]} وتؤثر على القيمة الاسمية لمجالات الإجهاد في تحليل HR-EBSD. مع ذلك، يُعد اختيار النمط المرجعي (EBSP ₀ ) عاملاً أساسياً، إذ يُضيف تشوه EBSP ₀ الشديد تشوهات وهمية للشبكة إلى قيم الخريطة، مما يُقلل من دقة القياس. ^{[ 98 ]}

يؤثر التشوه الشبكي الموضعي عند نقطة EBSP ₀ على خريطة HR-EBSD الناتجة، فعلى سبيل المثال، يؤدي تشوه نمط مرجعي تحت تأثير الشد إلى تقليل مقدار إجهاد الشد في خريطة HR-EBSD بشكل مباشر، بينما يؤثر بشكل غير مباشر على مقدار المكون الآخر والتوزيع المكاني للإجهاد. علاوة على ذلك، يؤثر اختيار نقطة EBSP ₀ بشكل طفيف على توزيع كثافة GND ومقدارها، ويؤدي اختيار نمط مرجعي ذي كثافة GND أعلى إلى تقليل جودة الارتباط المتبادل، وتغيير التوزيع المكاني، وزيادة الأخطاء مقارنةً باختيار نمط مرجعي ذي تشوه شبكي عالٍ. بالإضافة إلى ذلك، لا توجد علاقة واضحة بين جودة الصورة (IQ) لنقطة EBSP ₀ والتشوه _الشبكي الموضعي لها. ^{[ 1 ]}

لا يزال استخدام أنماط مرجعية محاكاة لقياس الإجهاد المطلق مجالًا نشطًا للبحث ^{[61] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109 ] والتدقيق [ 98 ] [ 109 ] [ 110 ] [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ] حيث تنشأ الصعوبات} من ^{تغير تشتت الإلكترون غير المرن مع العمق مما يحد من دقة نماذج محاكاة الحيود الديناميكي ، وعدم} دقة تحديد ^مركز النمط مما يؤدي إلى مكونات إجهاد وهمية يتم إلغاؤها عند استخدام أنماط مرجعية تم الحصول عليها تجريبيًا. تفترض طرق أخرى أنه يمكن تحديد الإجهاد المطلق عند EBSP _{0 باستخدام عمليات محاكاة العناصر المحدودة} لللدونة البلورية (CPFE)، والتي يمكن بعد ذلك دمجها مع بيانات HR-EBSD (على سبيل المثال، باستخدام طريقة "الزيادة" الخطية ^{[ 114 ] [ 115 ]} أو تكامل الإزاحة ^{[ 93 ]} ) لحساب التشوهات الشبكية المطلقة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن تقدير كثافة GND غير حساس اسميًا لاختيار EBSP ₀ (أو يعتمد عليه بشكل ضئيل ^{[ 116 ] [ 117 ]} ) ، حيث تُستخدم فقط اختلافات النقاط المتجاورة في خرائط دوران الشبكة لحساب كثافة GND. ^{[ 118 ] [ 119 ]} ومع ذلك، يفترض هذا أن التشوه المطلق للشبكة في EBSP ₀ يُغير فقط مكونات خريطة دوران الشبكة النسبية بقيمة ثابتة تتلاشى أثناء عمليات الاشتقاق، أي أن توزيع تشوه الشبكة غير حساس لاختيار EBSP _0. ^{[ 101 ] [ 1 ]}

يمكن أن تكون معايير اختيار EBSP ₀ واحدة أو مزيجًا مما يلي:

• الاختيار من بين النقاط ذات الكثافة المنخفضة لـ GND أو متوسط ​​الانحراف المنخفض للنواة (KAM) بناءً على الانحرافات المحلية للحبوب المقاسة بواسطة Hough؛ ^{[ 120 ]}
• يُفترض أن اختيار النقاط ذات جودة الصورة العالية (IQ)، والتي قد تتميز بكثافة عيوب منخفضة ضمن حجم تفاعل الإلكترونات، يُمثل منطقة منخفضة الإجهاد في مادة متعددة البلورات. ^{[ 99 ] [ 121 ]} ومع ذلك، فإن جودة الصورة لا تحمل معنى فيزيائيًا واضحًا، ^{[ 122 ]} كما أن مقادير التشوه النسبي المقاس للشبكة البلورية لا تتأثر بجودة الصورة لـ EBSP ₀ ؛ ^{[ 101 ] [ 1 ]}
• يمكن أيضًا تحديد EBSP ₀ يدويًا ليكون بعيدًا عن تركيزات الإجهاد المحتملة مثل حدود الحبيبات أو الشوائب أو الشقوق باستخدام معايير ذاتية؛ ^{[ 101 ]}
• يتم اختيار EBSP ₀ بعد فحص العلاقة التجريبية بين معامل الارتباط المتبادل والخطأ الزاوي، المستخدمة في خوارزمية تكرارية لتحديد نمط المرجع الأمثل الذي يزيد من دقة HR-EBSD. ^{[ 1 ]}

تفترض هذه المعايير أن هذه المعطيات قادرة على تحديد ظروف الإجهاد عند نقطة المرجع، مما يُتيح قياسات دقيقة تصل إلى 3.2 × 10⁻⁴ ^إجهاد مرن. ^{[ 91 ]} مع ذلك، تُشير القياسات التجريبية إلى عدم دقة تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عالية الدقة (HR-EBSD) في تحديد توزيع ومقدار مُركبات إجهاد القص خارج المستوى. ^{[ 123 ] [ 124 ]}

يحتوي كاشف EBSD على ثنائيات إلكترونية متناثرة للأمام (FSDs) في الأسفل، وفي المنتصف (MSD) وفي الجزء العلوي من الكاشف.

صورة المجال البعيد للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الهش عند درجة حرارة 475 درجة مئوية مع وضع كاشف التشتت الأمامي الافتراضي (VFSD) على بعد 38 مم من العينة

يمكن أن تحتوي كواشف حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD ) على ثنائيات إلكترونية مشتتة للأمام (FSD) في أسفل الكاشف، وفي وسطه (MSD)، وفي أعلاه. تعتمد تقنية تصوير الإلكترونات المشتتة للأمام (FSE) على جمع الإلكترونات المشتتة بزوايا صغيرة من سطح العينة، مما يوفر معلومات حول تضاريس السطح وتركيبه. ^{[ 130 ] [ 131 ]} كما أن إشارة FSE حساسة للتوجه البلوري للعينة. ومن خلال تحليل شدة إشارة FSE وتباينها، يستطيع الباحثون تحديد التوجه البلوري لكل بكسل في الصورة. ^{[ 132 ]}

تُجمع إشارة FSE عادةً بالتزامن مع إشارة BSE في تحليل EBSD. وتتأثر إشارة BSE بالعدد الذري المتوسط ​​للعينة، وتُستخدم لإنشاء صورة لتضاريس السطح وتركيبه. تُركّب إشارة FSE على صورة BSE لتوفير معلومات حول التوجه البلوري. ^{[ 132 ] [ 130 ]}

يُتيح استخدام كاشف حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD) كجهاز تصوير مرونةً كبيرةً في توليد الصور. تُسمى الصورة المُنشأة باستخدام مجموعة من الثنائيات بالصورة الافتراضية (VFSD). يُمكن الحصول على صور بمعدل يُشابه التصوير بالمسح البطيء في المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) من خلال تجميع البكسلات بشكل مُفرط في كاميرا EBSD CCD. كما يُمكن كبح أو عزل التباين المطلوب عن طريق إنشاء صور مركبة من صور مُلتقطة في وقت واحد، مما يُتيح نطاقًا واسعًا من التركيبات لتقييم خصائص البنية المجهرية المختلفة. مع ذلك، لا تتضمن صور VFSD المعلومات الكمية المُتأصلة في خرائط EBSD التقليدية؛ فهي تُقدم فقط تمثيلات للبنية المجهرية. ^{[ 130 ] [ 131 ]}

عند إمكانية جمع بيانات EDS/EBSD في آنٍ واحد، يمكن تعزيز قدرات كلتا التقنيتين. ^{[ 133 ]} توجد تطبيقات لا يمكن فيها التمييز بين التركيب الكيميائي أو الطور للعينة باستخدام EDS وحده نظرًا لتشابه التركيب، ولا يمكن تحديد البنية باستخدام EBSD وحده نظرًا لغموض حلول البنية. ^{[ 134 ] [ 135 ]} لتحقيق رسم خرائط متكامل، يتم مسح منطقة التحليل، وفي كل نقطة، يتم تخزين قمم هوف وعدد مناطق الاهتمام في EDS. يتم تحديد مواقع الأطوار في خرائط الأشعة السينية ، وتُعرض شدة EDS المقاسة لكل عنصر في مخططات بيانية. يتم ضبط نطاقات الشدة الكيميائية لكل طور لاختيار الحبيبات. ^{[ 136 ]} ثم يُعاد فهرسة جميع الأنماط خارجياً. يحدد التركيب الكيميائي المسجل ملف الطور/بنية البلورة المستخدم لفهرسة كل نقطة. يتم فهرسة كل نمط بواسطة طور واحد فقط، ويتم إنشاء خرائط تعرض الأطوار المميزة. تختلف أحجام التفاعل لتقنيتي EDS وEBSD اختلافًا كبيرًا (بمقدار الميكرومترات مقارنةً بعشرات النانومترات )، وقد يكون لشكل هذه الأحجام عند استخدام عينة مائلة بشدة آثار على خوارزميات التمييز الطوري. ^{[ 48 ] [ 137 ]}

يمكن لتقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD)، عند استخدامها مع تقنيات أخرى داخل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) مثل التألق الكاثودي (CL) ^{[ 138 ]} ، ومطيافية تشتت الطول الموجي للأشعة السينية (WDS) ^{[ 139 ]} ، و/أو مطيافية تشتت الطاقة للأشعة السينية (EDS)، أن توفر فهمًا أعمق لخصائص العينة وتعزز تحديد الأطوار. ^{[ 140 ] [ 141 ]} على سبيل المثال، يمتلك كل من الكالسيت ( الحجر الجيري ) والأراغونيت ( الصدف ) نفس التركيب الكيميائي - كربونات الكالسيوم (CaCO3 ₎ - ولذلك لا تستطيع تقنيتا EDS/WDS التمييز بينهما، ولكنهما يختلفان في البنية الميكروية، مما يسمح لتقنية EBSD بالتمييز بينهما. ^{[ 142 ] [ 143 ]}

يمكن استخدام تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا ( EBSD ) وتقنية ارتباط الصور الرقمية (DIC) معًا لتحليل البنية المجهرية وسلوك التشوه للمواد. تُعدّ تقنية DIC طريقةً تستخدم تقنيات معالجة الصور الرقمية لقياس مجالات التشوه والإجهاد في المواد. ^{[ 144 ]} وبدمج تقنيتي EBSD وDIC، يستطيع الباحثون الحصول على معلومات بلورية وميكانيكية عن المادة في آنٍ واحد. ^{[ 145 ]} وهذا يتيح فهمًا أشمل للعلاقة بين البنية المجهرية والسلوك الميكانيكي، وهو أمرٌ بالغ الأهمية في مجالاتٍ مثل علم وهندسة المواد. ^{[ 146 ]}

تُتيح تقنية DIC تحديد مناطق تمركز الإجهاد في المادة، بينما تُوفر تقنية EBSD معلوماتٍ حول البنية المجهرية في هذه المناطق. وبدمج هاتين التقنيتين، يُمكن للباحثين فهم الآليات المسؤولة عن تمركز الإجهاد الملحوظ. ^{[ 147 ]} على سبيل المثال، يُمكن استخدام EBSD لتحديد اتجاهات الحبيبات واختلافات حدودها قبل وبعد التشوه. في المقابل، يُمكن استخدام DIC لقياس مجالات الإجهاد في المادة أثناء التشوه. ^{[ 148 ] [ 149 ]} أو يُمكن استخدام EBSD لتحديد تفعيل أنظمة الانزلاق المختلفة أثناء التشوه، بينما يُمكن استخدام DIC لقياس مجالات الإجهاد المرتبطة بها. ^{[ 150 ]} ومن خلال ربط هذه البيانات، يُمكن للباحثين فهم دور آليات التشوه المختلفة في السلوك الميكانيكي للمادة بشكلٍ أفضل. ^{[ 151 ]}

بشكل عام، يُوفر الجمع بين تقنيتي EBSD وDIC أداةً فعّالة لدراسة البنية المجهرية للمواد وسلوكها التشوهي. يُمكن تطبيق هذا النهج على نطاق واسع من المواد وظروف التشوه، ولديه القدرة على تقديم رؤى ثاقبة حول الآليات الأساسية الكامنة وراء السلوك الميكانيكي. ^{[ 149 ] [ 152 ]}

تجمع تقنية EBSD ثلاثية الأبعاد بين تقنية EBSD وطرق التقطيع التسلسلي لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للبنية البلورية للمادة. ^{[ 154 ]} تتضمن هذه التقنية تقطيع العينة إلى شرائح رقيقة بشكل متسلسل، ثم استخدام تقنية EBSD لرسم خريطة التوجه البلوري لكل شريحة. ^{[ 155 ]} تُدمج خرائط التوجه الناتجة لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للبنية البلورية للمادة. يمكن إجراء التقطيع التسلسلي باستخدام طرق متنوعة، بما في ذلك التلميع الميكانيكي ، ^{[ 156 ]} أو الطحن باستخدام حزمة الأيونات المركزة (FIB)، ^{[ 157 ]} أو التقطيع المجهري فائق الدقة . ^{[ 158 ]} يعتمد اختيار طريقة التقطيع على حجم وشكل العينة، وتركيبها الكيميائي، وتفاعليتها، وخواصها الميكانيكية، بالإضافة إلى الدقة المطلوبة للخريطة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 159 ]}

تتميز تقنية حيود الإلكترونات المشتتة ثلاثية الأبعاد (3D EBSD) بعدة مزايا مقارنةً بتقنية حيود الإلكترونات المشتتة ثنائية الأبعاد التقليدية (2D EBSD). أولًا، توفر صورةً كاملةً للبنية البلورية للمادة، مما يسمح بتحليل أكثر دقةً وتفصيلًا للبنية المجهرية. ^{[ 160 ]} ثانيًا، يمكن استخدامها لدراسة البنى المجهرية المعقدة، كتلك الموجودة في المواد المركبة أو السبائك متعددة الأطوار. ثالثًا، يمكن استخدامها لدراسة تطور البنية المجهرية بمرور الوقت، كما هو الحال أثناء التشوه ^{[ 161 ]} أو المعالجة الحرارية. ^{[ 162 ]}

مع ذلك، فإن تقنية حيود الإلكترونات المشتتة ثلاثية الأبعاد (3D EBSD) لها بعض القيود. فهي تتطلب جمع ومعالجة مكثفة للبيانات، ومحاذاة دقيقة بين الشرائح، وقد تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب موارد حاسوبية كبيرة. ^{[ 163 ]} إضافةً إلى ذلك، تعتمد جودة الخريطة ثلاثية الأبعاد على جودة خرائط حيود الإلكترونات المشتتة الفردية، والتي قد تتأثر بعوامل مثل تحضير العينة، ومعايير جمع البيانات، وطرق التحليل. ^{[ 154 ] [ 164 ]} عمومًا، تُعد تقنية حيود الإلكترونات المشتتة ثلاثية الأبعاد تقنية فعالة لدراسة البنية البلورية للمواد في ثلاثة أبعاد، وتُستخدم على نطاق واسع في أبحاث وتطوير علوم وهندسة المواد. ^{[ 165 ] [ 149 ]}