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Einrichtung zur Erzeugung von Gefügebildern mit Elektronenstrahlen
Zur Herstellung von Gefügebildern der Oberfläche kristalliner Haufwerke, z. B. von
Metallen, bedient man. sich bisher in üblicher Weise des folgenden Verfahrens: Die
Oberfläche des zu untersuchenden Körpers wird glattgeschliffen und einer Ätzung
unterzogen, wodurch die Einzelkristallite des Gefüges je nach ihrer Lage in verschiedener
Weise angegriffen werden. Bei mikroskopischer Betrachtung oder durch Mikrographie
werden dann die Einzelkristallite infolge der verschiedenartigen Reflexion des auffallenden
Lichtes sichtbar. Die dazu verwandte Apparatur besteht aus einem geeigneten Mikroskop
mit Beleuchtungsvorrichtung. Ein Mangel der Arbeitsweise dieser Einrichtung ist
dadurch begründet, da.ß sie zwar die Grenzen der Einzelkristallite sichtbar macht,
über deren kristallographischen Bau jedoch keinerlei Auskunft gibt. Nach der vorliegenden
Erfindung werden unter Benutzung von Elektronenstrahlen Gefügebilder erzielt, die
auch über den. kristallographischen Aufbau Aufschluß geben. Die Erfindung macht
sich dabei zwei physikalische Erscheinungen nutzbar. Die erste besteht darin, daß
Elektronenstrahlen, ähnlich wie Röntgenstnahlen,von den Raumgittern der Kristallite
abgebeugt werden. Weiterhin wird Gebrauch gemacht von der Erscheinung, da,ß man
Elektronenstrahlen z. B. durch elektrische oder magnetische Felder in ähnlicher
Weise lenken kann, wie Lichtstrahlen durch Brechung in einer optischen Linse. Es
können also Elektronenstrahlen, die von einem Punkt -eines Gegenstandes divergent
ausgehen, in einem Punkt einer Bildebene wieder vereinigt werden. Unter Ausnutzung
dieser Erscheinungen werden erfindungsgemäß Gefügebilder kristalliner
Haufwerke
dadurch erzeugt, daß der zu untersuchende Körper mit Elektronenstrahlen durch-oder
angestrahlt wird und eines oder mehrere der vom: dem kristallinen Gefüge selektiv
gestreuten Strahlenbündel mittels geeigneter Mittel, wie elektrischer oder magnetischer
Felder in einer Bildebene zu einem Bild vereinigt wird. Dies Bild hat dann den Charakter
eines Gefügebildes, nicht den eines gewöhnlichen Oberflächenbildes. Denn dadurch,
daß nur einzelne der erbgebeugten Strahlenbündel zur Abbildung verwandt werden,
können nur die Teile der Oberfläche abgebildet werden, welche eben diese Strahlenbündel
erbgebeugt haben. Das sind aber solche Oberflächenteile, in denen die Kristallitlägen
ganz bestimmten Bedingungen gehorchen. Ein solches Bild wird man als Gefügebild
bezeichnen. Die Auswahl der zur Bilderzeugung zu verwendenden Beugungskegel bestimmt
die Lage der Kristallne an den Oberflächenteilen, «-elche im Gefügebild kenntlich
werden. Diese Aus,%vahl wird in irgendeiner geeigneten Weise, vorzugsweise durch
Ausblendung mittels körperlicher Blenden, z. B. Ringbletlden, vorgenommen.
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Die Erfindung sei nachfolgend auf Grund der Fig. i an einem Beispiel
näher erläutert, bei dem die Strahlenführung ähnlich wie bei der Erzeugung eines
D,ebye-Scherer-Diagrammes ist. Ein eng ausgeblendeter und in bekannter Weise erzeugter
Elektronenstrahl i b@zw. Strahlenbündel fällt im Vakuum auf ein den Prüfkörper darstellendes
Metallblättchen 2, das in der Objektebene 2a :angeordnet ist. Das Strahlenbündel
i wird beim Hindurchtreten durch den Metallkörper 2, wie oben angegeben, zum größten
Teil von den Raumgittern der Kristallite in den einzelnen. Punkten der Objektebene
2a in Gestalt von einzelnen divergenten Strahlenhohlkegeln erbgebeugt. Diese von
:den einzelnen Punkten der Objektebene 2a kommenden Strahlenhohlkegel werden in
der Ebene 3 durch :ein elektrisches oder ein beispielsweise durch eine Flachspule
erzeugtes magnetisches Feld gebrochen und in :entsprechenden Punkten der Bildebene
q. wieder vereinigt, wobei das in der Bildebene i erzeugte Bild eine entsprechende
Vergrößerung ;aufweist.
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Die Fig. i zeigt in, üblicher Weise nur den Strahlengang für zwei
einander entsprechende Punkte der Objektivebene 2a und der Bildebene q,. Von den
beiden genannten Punkten der Objektebene 2a geht ,also je ein Strahlenhohlkegelaus,
von welchen in Fiig. i jedoch nur die oberen und unteren Begrenzungslinien gezeigt
sind. Unter den Gesamtstrahlen ist, wie oben angegeben, :eine Auswahl ,entsprechend
dem gewünschten Gefügebild zu treffen. Es mögen z. B. unter diesen Gesichtspunkten
nur die Strahlen in Betracht kommen, die, sofern man sie zur Aufzeichnung eines
Debye-Dia,grammes benutzt, in diesem einen :einzigen Ring aufzeichnen. Diese Strahlen
bilden einen Strahlenkegel von ganz best,ümmter Winkelöffnung und werden bei dem
Beispiel nach Fig. i mittels .einer Ringblende 5 von ,den anderen durch den Prüfkörper
2 gestreuten. Strahlen .ausgesondert. Es entsteht mithin durch diese Strahlen in
der Bildebene 4 von dem Objekt 2 eine Abbildung besonderer Art, sozusagen eine lückenhafte
Abbildung, die jedoch gerade die hier interessierenden Einzelheiten aufzeigt. In
den ausgeblendeten Strahlenkegel können nämlich nur Strahlen gelangen, welche von
bestimmten und ganz bestimmt gerichteten Netzebenen der Einzelkrstallite des Prüfkörpers
2 reflektiert bzw. gestreut werden. Es tragen deshalb zur Bilderzeugung nur solche
Kristallne bei, die sich in ganz bestimmten, auf Grund der Kristallstruktur angebbaren
Orientierungen befinden. Nur solche Teile der Oberfläche, in der die Einzelkristallite
in dieser Reflexionsstellung sind, können zum Bild in der Bildebene 4. beitragen.
Das Bild wird also nur solche Teile wiedergeben. Auf einer Bildphotographie sind
diejenigen Kristallne, welche den in Reflexionsstellung befindlichen Kristalliten
benachbart sind, als geschwärzte Flächen, und zwar mit scharfer, der Form der Kristallite
entsprechender Begrenzung sichtbar.
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Das erzeugte Gefügebild macht also nur diejenigen Kristallitekenntlich,
deren Orientierung einer kristallographisch ganz bestimmten Bedingung entspricht.
Durch Ausblendung anderer Strahlenkegel lassen sieh ;auch solche Kristallite im
Gefügebild kenntlich machen, deren Orientierung einer anderen, kristallographischen
Bedingung entspricht. Man hat es daher in der Hand, durch entsprechende Ausblendung
Gefügebilder bestimmter krist:allographischer Bedingungen b:zw. eine Anzahl derartiger
Gefügebilder des gleichen Prüfkörpers zu erzeugen. Die Ausblendung kann durch entsprechende
Einstellung der benutzten Blende geändert werden, ebenso läßt sie sich aber auch
durch Einstellung der zur Erzeugung der Elektronenstrahlen benutzten Spannung in
weiten Grenzen variieren. Diese Span,-nun"- bestimmt nämlich nach bekannten Gesetzen
der Quantentheorie die Wellenlänge, die den Elektronenstrahlen zugeschrieben werden
muß und von der wiederum der öffnungswinkel der erbgebeugten Strahlenkegel und damit
die Orientierung der Reflexionsstellung eines Kristallites abhängt.
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Die angeführten Mittel erlauben es, in einfacher Weise eine Reihe
von Gefügebildern herzustellen, welche die Verteilung von Kristallnen verschiedener
Orientierung .an der Oberfläche eines Krist.allhattfwerkes nacheinander darstellen.
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Bei der Darstellung nach Fig. i durchdringen die Elektronenstrahlen
den Prüfkörper. Es ist möglich, statt dessen die Bildebene q. .auf der gleichen
Seite des Prüfkörpers 2 anzuordnen, auf der die Elektronenstrahlen diesem zugeleitet
werden, d. h. die zugeleiteten Elektronenstrahlen durch den Prüfkörper 2 in die
Bildebene 4. nach vorn oder seitlich reflektieren zu lassen, also im :auffallenden
Licht zu arbeiten. Die Handhabttng und Ausbildung der Kreisblende zum Ausblenden
eines Streukegels kann in. verschiedener Weise :erfolgen. Die Blende kann beispielsweise
zur Einstellung der gewünschten Ausblendung axial verschiebbar sein. Die Blenden;
öffnung läßt sich so gestalten, daß entweder nur ein einziger Streukegel oder mehrere
durchgelassen, werden. Desgleichen kann sie auch so ausgebildet
sein,
daß nur ein einziger Streukegel am Durchgang verhindert und alle anderen durchgelassen
werden. Gegebenenfalls kann auch ohne besondere Blende gearbeitet werden, da in
manchen. Fällen eine gewisse Ausblendung der äußeren Beugungskegel von selbst eintreten
wird. Die Bedeutung der unter diesen verschiedenen Bedingungen erzeugten Gefügebilder
wird je nach den Bedingungen eine etwas verschiedene sein. Die magnetischen Felder,
dia zur Brechung der Elektronenstrahlen in der Bildebene dienen, also auf die Elektronenstrahlen
ähnlich wie eine optische Linse auf Lichtstrahlen, können, wie schon erwähnt, beispielsweise
durch eine oder mehrere Stromspulen mit oder ohne Eisenarmierung erzeugt werden;
ebenso können auch elektrische Felder hierzu Anwendung finden. Durch Regulierung
der Feldstärke der die Elektronenstrahlen ablenkenden elektrischen oder magnetischen
Felder läßt sich eine verschieden starke Vergrößerung der elektronenoptischen Abbildung
erzielen.
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Wie schon erwähnt, kann die Strahlenführung verschieden gewählt werden,
also auch abweichend von der Ausführung gemäß Fig. i sowie bei Erzeugung des Laue-Diagrammes.
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Die Erfindung kann auch Anwendung finden bei der Untersuchung einzelner
Kristalle, beispielsweise um Fehler des Kristalles oder seine Natur als Zwillingskristall
zu ermitteln. Man pflegt zwar ein derartiges Diagramm eines einzelnen Kristalle
im allgemeinen nicht als Gefügebild kristalliner Haufwerk e zu bezeichnen; indes
soll im vorliegenden Fall dieser Ausdruck einen allgemeinen Sinn haben.
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Aus der Darstellung ergibt sich, daß zur Bildung der Gefügebilder
nur die gerichtete Streustrahlung herangezogen wird und von Bedeutung ist. Der von
den Einzelkristalliten des kristallinen Haufwerkes selektiv ,gestreuten Strahlung
ist aber stets eine ung-erichtete Streustrahlung überlagert, die namentlich bei
größeren Dicken der Untersuchungsprobe zu einer störenden Verschleierung des Bildes
führen, kann. Dieser übeIstand läßt sich vermeiden, wenn man von dem Untersuchungskörper
gemäß der Darstellung nach Fig.2 zunächst ein kleines Bild in gleicher Weise wie
bei der Ausführung nach Fig. i entwirft und in der Bildebene q. dieses Bildes eine
enge Blende 6 anbringt, die nur die Bildstrahlen, also die selektiv gestreute Strahlung,
hindurchläßt, die regellos gestreuten Strählen jedoch zurückhält. Diese besitzen
nämlich eine von der Geschwindigkeit der selektiv gestreuten Strahlen abweichende
Geschwindigkeit und werden darum im allgemeinen nicht in dem Bild der Bildebene
q. vereinigt. Durch vergrößerte Abbildung des letzteren Bildes in der Bildebene
7 erhält man dann das gewünschte von der Streustrahlung freie Gefügebild. Die Abbildung
des Bildes der Bildebene ¢ in der Bildebene 7 erfolgt dabei in gleicher Weise wie
gemäß Fig. i die Abbildung bzw. die selektive Abbildung des Prüfkörpers 2 in der
Bildebene 4..
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Es ist ersichtlich, daß die an Hand der Fig. 2 beschriebene Methode
der Beseitigung des Einflusses der Streustrahlung zwar insbesondere in Verbindung
mit der oben beschriebenen Erzeugung von Gefügebildern in Betracht kommt, darüber
hinaus aber allgemeinere Bedeutung hat, d. h. allgemein dann Anwendung finden kann,
wenn eine selektiv bzw. in bestimmter Weise gestreute Strahlung von einer regellosen
Streustrahlung getrennt werden soll, also auch dann, wenn es sich um die Herstellung
anderer Diagramme, beispielsweise eines Strükturdiagrammes, handelt. Im letzteren
Fall wird dann unter Verwendung der Anordnung nach Fig. 2 die Bildebene, in der
das von der regellosen Streustrahlung freie Diagramm entworfen wird, in die Ebene
8 vorverlegt, während alles übrige unverändert bleiben kann. Man erhält also in
diesem Fall ein von der regellosen Streustrahlung freies Strukturdiagramm.