Kristallorientierung

Kristallorientierung bezeichnet die räumliche Ausrichtung der Kristallachsen eines einzelnen Kristalls oder mehrerer Kristalle in einer Probe. Sie beschreibt, welche Richtung im Kristallgitter relativ zum Raumkoordinatensystem steht. In kristallinen Materialien ist die Orientierung oft nicht zufällig verteilt; Proben können eine Textur aufweisen, die aus bestimmten Richtungen und Häufigkeiten der Kristallausrichtungen besteht. Orientierung kann durch Gitterachsen wie Miller-Indizes oder durch Rotations- bzw. Eulerwinkel angegeben werden.

Bestimmung und Erfassung erfolgen häufig durch Röntgenbeugung, Elektronenbeugung oder Neutronenbeugung. In der Rasterelektronenmikroskopie ermöglicht die EBSD-Technik (Electron Backscatter Diffraction) orientierte Karten der Kristallausrichtungen, während X-ray Diffraction und Pole-Figures statistische Informationen über die Textur liefern. Orientierung in einzelnen Kristallen lässt sich durch Gitterbeugung bestimmen, während in Polykrystallen die Verteilung der Orientierungen untersucht wird.

Textur vs. Orientierung: Die Textur einer Probe bezeichnet die statistische Verteilung der Kristallorientierungen, während eine einzelne Orientierung die Ausrichtung eines einzelnen Kristalls beschreibt. Orientierungsspektren werden oft durch Orientierungsfunktion (ODF) beschrieben, die aus Messdaten rekonstruiert wird. Diese Informationen dienen der Vorhersage mechanischer Eigenschaften, Diffusionsverhalten, Verformungseigenschaften und elektronischer Transportwege.

Anwendungen finden sich vor allem in der Metallurgie, Halbleitertechnik, Kristallzüchtung und Geologie. In der Metallverarbeitung beeinflusst die Kristallorientierung Festigkeit, Verformbarkeit und anisotrope Eigenschaften. In der Halbleitertechnik wird die epitaktische Ausrichtung genutzt, um gezielt elektronische Eigenschaften zu steuern. In der Geologie helfen Orientierungsmuster bei der Bestimmung von Mineralzusammensetzung und Deformationsprozessen.