DE2814337C2

DE2814337C2 - Textur-Spannungsgoniometer zur gemeinsamen Ermittlung sowohl der räumlichen Spannungsverteilung als auch der Kristallorientierungsverteilung (Textur)

Info

Publication number: DE2814337C2
Application number: DE19782814337
Authority: DE
Inventors: A.Halim Dr.-Ing. 5100 Aachen Demirci; Hans Prof. Dr.-Ing. Krause
Original assignee: Individual
Current assignee: Demirci A Halim Dr-Ing Bursa Tr
Priority date: 1976-03-25
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1983-03-10
Also published as: DE2814337A1

Description

a) zwei Seitenplatten (6) i>."d eine diese zwei Seitenplatten (6) verbindende Führungsplatte (2) mit einer Schwalberachwanzführung enthält, in der das den Probenhalter (4') aufnehmende Gehäuse (4) derart verschiebbar gelagert ist, daß die Mitte der Probenoberfläche stets im Schnittpunkt der drei Achsen (ω, Φ, XJ liegt,

b) daß zur Durchführung der Φ-Drehung der Werkstoffprobe (4") zwei auf einem gedachten Kreis mit einem Radius (R) am Kippwagen (12) befestigte Gelenkzapfen (10') mittels zweier Hebel (9) mit jeweils zwei auf ebensolchen Kreisen an einem Stützsegment (H') und einem Antriebssegment (11) befestigten Gelenkzapfen (10", 10) verbunden sind, daß die Gelenkzapfenpaare gleiche Zentriwinkel (<x) einschließen, daß der Abstand der Gelenkzapfen (10", 10) in den Hebeln (9) mit dem jeweiligen Abstand der Kreismittelpunkte übereinstimmt und das Stützsegment. (11') und das Antriebssegment (11) Ober jeweils im Kreismittelpunkt angeordnete Zapfen (13', 13) am Ständer (1) gelagert sind

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2. Textur-Spannungsgoniometer zur gemeinsamen Ermittlung sowohl der räumlichen Spannungsverteilung als auch der Kristallorientierungsverteilung (Tdxtur) durch Untersuchung mittels Röntgen* strahlen an einer kristallinen Werkstoffprobe, die gegenüber einei von einer festangeordneten Stelle ausgehenden, auf die Probenoberfläche fallenden und an ihr reflektierten Strahlung um drei Achsen (ω, Φ, K) mittels steuerbarer Schrittmotoren schwenkbar ist, die sich in einem Punkt der Probenoberfläche treffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffprobe (4") an einem Probenhalter (4') befestigt ist.

der in einem Gehftuse (4) gelagert ist, das einerseits den ersten steuerbaren Motor (3) trägt, der den Probenhalter (4') mit der Werkstpffprobe (4") um die Achse (K) dreht, die senkrecht auf der Probenoberfläche steht, und das andererseits an einem Kippwagen (12) befestigt ist, der das Gehäuse (4) mit dem Probenhalter (4*) und der Werkstoffprobe (4") durch den zweiten schrittweise steuerbaren Motor \5) um die in der durch die einfallende und reflektierte Strahlung gebildeten Meßebene hegende und zur Achse (?J senkrechte Achse (3>J schwenkt und der über Hebel (9) in seitlichen Trägerplatten eines Ständers (1) gelagert ist, der um die dritte Achse (ω) drehbar ist, die senkrecht zur Achse (Φ) und senkrecht zur Meßebene verläuft, daß der Kippwagen (12)

a) zwei Seitenplatten (6) und eine diese zwei Seitenplatten (6) verbindende Führungsplatte (2) mit einer Schwalbenschwanzführung enthält, in der das den Probenhalter (4') aufnehmende Gehäuse (4) derart verschiebbar gelagert ist, daß die Mitte der Probenoberfläche stets im Schnittpunkt der drei Achsen (ω, Φ, K) liegt,

b) daß zur Durchführung der Φ-Drehung der Werkstoffprobe (4") der Kippwagen (12) über jeweils drei an jeder seiner Seitenplatten (6) befestigte PGhrungsroIIen (8) auf zwei nach vorn offenen kreissegmeiitförmigen Führungsschienen (7) geführt ist, die an den Seitenplatten des Ständers (1) befestigt sind.

3. Textur-Spannungsgoniometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung jeweils einer der drei Führungsrollen (S) an der Seitenplatte (6) des Kippwagens (12) derart einstellbar ausgebildet ist, daß Spielfreiheit erzielt wird.

Die Erfindung betrifft ein Tej;tur-Spannungsgoniometer zur gemeinsamen Ermittlung sowohl der räumlichen Spannungsverteilung als auch der Kristall' Orientierungsverteilung (Textur) durch Untersuchung mittels Röntgenstrahlen an einer kristallinen Werkstoffprobe, die gegenüber einer von einer festangeordneten Stelle ausgehenden, auf die Probenoberfläche fallenden und an ihr reflektierten Strahlung um drei Achsen (ω, Φ,

K) mittels steuerbarer Schrittmotoren schwenkbar ist, die sich in einem Punkt der Probenoberfläche treffen.

Ein derartiges Gerät ist zwar im Grundprinzip aus der DF-OS 26 12 676 bekannt; in dieser Veröffentlichung ist aber nicht offenbart, in welcher Weise ein kombiniertes Textur· und Spannungsgoniometer aufgebaut sein muß, bei dem die Messungen uneingeschränkt bei jedem Glanz- und Kippwinkel durchgeführt werden können.

Es ist ferner aus der US-PS 36 36 347 ein 4-Kreis-Diffraktometer zur Kristallstrukturanalyse bekannt, das allerding» nicht zur Bestimmung der Textur- und Spannungsverteilung vorgesehen ist, aus dem aber zu entnehmen ist, daß die für die Drehung der Probe um die dort vorhandenen Achsen vorgesehenen Schrittmotoren unabhängig voneinander gesteuert werden können.

Will man jedoch eine Drehung um andere als diese Achsen bewirken, so müssen die Schrittmotoren mehrerer Achsen abhängig voneinander betrieben werden.

Bei den Achsen, die bei dem Gerät aus der US-Patentschrift vorhanden sind, handelt es sich nicht um die Achsen, um die eine Werkstoffprobe gedreht werden muß, wenn die mit der vorliegenden Erfindung beabsichtigten Untersuchungen durchgeführt werden s sollen.

Um eine Bewegung um jeweils eine dieser Achsen zu erzeugen, müssen bei dem Gerät aus der US-Patentschrift 36 36 347 also miteinander gekoppelte Bewegungen um mehrere der dort vorhandenen Achsen erfolgen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die technischen Maßnahmen anzugeben, die notwendig sind, um ein kombiniertes Textur- und Spannungsgoniometer aufzubauen, das es ermöglicht, die Messungen bei jedem Glanz- und Kippwinkel vorzunehmen, wobei die erforderlichen Drehungen um die einzelnen Achsen direkt durchgeführt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst Eine weitere Lösung dieser Aufgabe ist gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 aufgezeigt

Folgende Anforderungen sind dabei erfüllt:

a) Der Röntgen-Strahlengang wird in keiner Position der Probe durch Goniometerteile behindert

b) Die Lage des Mittelpunktes des Breiinflecks im Raum verändert sich bei der Durchführung der Winkelbewegungen nicht

c) Das Gewicht der beweglichen Teile (Kippwagen mit der Untersuchungsprobe) übt auf den Motor kein wesentliches Stillstandsmoment aus.

d) Der Antrieb erfolgt über elektrische Schrittmotoren.

Das erfindungsgemäße Goniometer baut auf handeisüblichen Standard-Goniometerbauteilen für den ω-Antrieb zur Einstellung des Winkels θ auf. Die φ-Bewegung erfolgt durch Schwenken des Kippwagens, an dem die Untersuchungsprobe befestigt ist Die Drehachse der Kippbewegung verläuft in allen Lagen der Winkel (θ, φ, xjdu'ch die Mitte der Probenoberfläche.

Eine Einengung des Röntgen-Strahlenganges wird dadurch vermieden, daß die Drehachse nicht durch eine Welle dargestellt, sondern über Führungsschienen oder einen Hebelmechanismus erzeugt wird.

Beim Hebelmechanismus handelt es sich um zwei Lenker, die durch zwei Dreksegmente gelenkig verbunden sind Diese Drehsegmente drehen sich um feste Punkte am Ständer, so daß der Kippwagen, der an den Enden der Lenker befestigt ist (das dritte Segment), so gezwungen ist dieselbe Drehbewegung wie diese zwei Segmente auszuführen.

Mit der Erfindung werden insbesondere folgende Vorteile erzielt:

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1. Man hat mit dem Textur-Spannungs-Goniometer (»TS-Goniometer«) die Möglichkeit sowohl aliein nur die Textur zu messen, indem der Winkel θ konstant gehalten und die φ-κ-Bewegungen kontinuierlich oder schrittweise durchgeführt werden, als auch ausschließlich die Spannung in einer beliebigen Richtung zu messen, indem κ konstant gehalten wird.

Führt das Goniometer nur eine kontinuierliche Θ-Bewegung aus, so kann es zur Werkstoffidentifizierung bzw. zur Anteilbestimmung einzelner Substanzen in einer Mischung eingesetzt werden. Somit bietet das TS-Goniometer eine universelle Einsatzmöglichkeit bei der röntgenographischen Fejnstrukturuntersuehung,

2, Man kann die Messungen uneingeschränkt bei jedem Glanz- und Kippwinkel durchführen, während bei den konventionellen Spannungsgoniometern, sei es das ω- oder das ψ-Goniometer, die Messungen nur innerhalb eines konstruktionsbedingten Winkelbereiches erfolgen konnten-

3, Die Messung mit dem TS-Goniometer ermöglicht bei der Berücksichtigung des Textureinflusses eine größtmögliche Genauigkeit, da die beiden Informationen (Eigenspannung und Textur) an den gleichen Gitterebenen (derselben Kristallite) im Werkstoff erzielt werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn in dem zu untersuchenden Werkstoff eine inhomogene Textur- und Spannungsverteilung vorliegt

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

Fig.! das erfindungsgemäße Goniometer in perspektivischer Darstellung,
F i g. 2 das Prinzipbild zum φ-Antriebv
F i g. 3 eine Vorderansicht des Goniometers,
F i g. 3a einen Schnitt längs der Linie A-A in F i g. 3,
F i g. 3b einen Schnitt längs der Linie B-Bin F i g. 3,
F i & 3c einen Schnitt längs der linie E-E'm F i g. 3a, Fig.4 eine gegenüber Fig. ί geänderte Ausbildung. Das Goniometer besteht aus einem Ständer mit zwei seitlichen Trägerplatten (1), einer Führungsplatte (2) mit Schwalbenschwanzführung, einem Schrittmotor für den x-Antrieb (3) samt Spindellagerung, einem Probehalter (4*) für die Untersuchungsprobe (4") in einem Gehäuse (4), einem Schrittmotor mit dem ςο-Antrieb (5) und den Seitenplatten (6) des Kippwagens (12).

Die Führungsplatte (2) und der Schrittmotor mit dem x-Antrieb (3), die zwischen zwei Seitenpiatten (6) befestigt sind, bilden mit dem Gehäuse (4) des Probenhalters (4') den Kippwagen (12). Dieser Grundkonstruktion liegt ein Hebelmechanismus zugrunde, der die ip-Bewegung des Kippwagens (12) mit der Probe ermöglicht Das Prinzip dieser Bewegung ist in F i g. 2 angegeben. Drei gedachte Kreise mit gleichem Radius R sind mit zwei Hebeln (9) von der Länge des jeweiligen Abstandes der Kreismittelpunkte über Gelenkzapfen (10,10', 10") verbunden, so daß alle Kreise die gleiche Drehbewegung mit dem Winkel φ durchführen.

Zwei Kreissegmente (11,11') sind in der Seitenwand des Goniometers drehbar gelagert F i g. 3a, 3c. Ober das erste Segment (11) wird das System angetrieben. Das zweite Stützsegment (11') dient zur Übertragung der (^-Bewegung.

Beide Kreissegmente (11, 11') sind mit verlängerten Hebeln (9) über Gelenkzapfen (10,10") so verbunden, dab sie eine Drehung der Kreissegmente um 90° in beide Richtungen aus der horizontalen Ausgangslage ermöglichen.

An den verlängerten Enden der Hebel (9) ist der Kippwagen (12) mit der Untersuchungsprobe (4") über Zapfen (IC) drehbar aufgehängt (F i g. 3a). Damit wird erreicht daß der Kippwagen (12) um den Drehpunkt an der Pföbenöberfläche eine gleichmäßige Drehbewegung ausfuhrt.

In Fig.3b ist neben anderen Unterbaugruppen der »'Antrieb im eingebauten Zustand zu sehen.

Gernaß F i g. 4 ^:5t zur Durchführung der p-Drehung der Probe (4") der Kippwagen (12) über jeweils drei an jeder seiner Seitenplatten (6) befestigten Führungsroi-

kn (8) auf zwei zwecks unbehinderten Strahlendurchgangs nach vorn offenen kreissegmentförmigen Führungsschienen (7) geführt; diese sind an den Seitenplatten des Ständers (1) befestigt. Die Befestigung jeweils einer der drei Führungsrollen (8) an der Seitenplatte (6) des Kippwagens (12) kann dabei einstellbar ausgebildet werden, um Spielfreiheit einhalten zu können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

t, Textur-Spannungsgoniometer zur gemeinsamen Ermittlung sowohl der räumlichen Spannungs- Verteilung als auch der Kristallorientierungsverteilung (Textur) durch Untersuchung mittels Röntgenstrahlen an einer kristallinen Werkstoffprobe, die gegenüber einer von einer festangeordneten Stelle ausgehenden, auf die Probenoberfläche fallenden to und an ihr reflektierten Strahlung um drei Achsen (ω, Φ, K) mittels steuerbarer Schrittmotoren schwenkbar ist, die sich in einem Punkt der Probenoberfläche treffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffprobe (4") an einem Probenhalter (4') '5 befestigt ist, der in einem Gehäuse (4) gelagert ist, das einerseits den ersten steuerbaren Motor (3) trägt, der den Probenhalter (4¹) mit der Werkstoffprobe (4") um die Achse (K) dreht, die senkrecht auf der Probenoberfläche steht, und das andererseits an einem Kippwagen (12) befestigt ist, der das Gehäuse (4) mit dem Probenhalier (4^) und der Werkstoff probe (4") durch den zweiten schrittweise steuerbaren Motor (S) um die in der durch die einfallende und reflektierte Strahlung gebildeten Meßebene liegende und zur Achse (K)senkrechte Achse (9^schwenkt und der Ober Hebel (9) in seitlichen Trägerplatten eines Ständers (1) gelagert ist, der um die dritte Achse (ω) drehbar ist, die senkrecht zur Achse (Φ) und senkrecht zur Meßebene verläuft, daß der Kippwagen (12)