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扫描电子显微镜(SEM)引领质料人探秘微观天下!

2018-12-20  欣赏量:431

人类伶俐促使着科技不停生长,从而开端了我们对付现存空间的无穷探究。

大到宇宙天穹,小到微观天下,我们陶醉于众多星河的澎湃壮阔,也痴迷于微观质料天下的奥妙引力。

 

(图片泉源:图行天下) (图片作者:宁玫)

 

没有什么能拦截我们探秘的步调,本日,我们就借用扫描电子显微镜来走进质料的微观范畴,感觉迷信技能的气力!

我们起首一同来简朴相识一下,什么是扫描电子显微镜?它是依附什么上风来领导我们探秘微观天下的!

 

扫描电子显微镜

扫描电镜(Scanning Electron Microscope ,简称SEM)使用电子束打在样品外貌逐点扫描,与样品作用孕育发生种种信号,这些信号经检测器吸收、缩小并转换成调制信号,末了在表现屏上反应样品外貌种种特性的像,且有猛烈的平面感。

 

扫描电子显微镜的原理

扫描电子显微镜是一个庞大的体系,稀释了电子光学技能、真空技能、精致机器布局以及当代盘算机控制技能。

 

SEM事情图

 

扫描电子显微镜是在加快高压作用下将电子枪发射的电子颠末多级电磁透镜搜集成微小的电子束。

 

电子发射图  

 

二次电子探测图

 

背散射电子探测图

 

EBSD成像历程

以上动图泉源:质料测试

在试样外貌举行扫描,引发出种种信息,经过对这些信息的吸收、缩小和表现成像,以便对试样外貌举行剖析。

 

扫描电子显微镜的布局

 

SEM 的布局表示图

布局: SEM 重要包罗电子光学体系、电子体系、表现部件和真空体系构成。

电子光学体系:重要包罗电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。

电子体系:重要包罗电源体系和检测体系。电源体系重要是指种种部件的电源,如加快电压电源、透镜电源和光电倍增管电源等。检测体系重要由探测器、信号缩小器和电信号处置惩罚器构成。

表现部件:重要是显像管,将经处置惩罚后的信号经过显像管转换成图像表现。

真空体系:真空体系为电子光学体系提供必须的高真空,包管了电子束的正常扫描,还可以防备样品遭到净化。

 

扫描电子显微镜的特点

1. 有较高的缩小倍数,20倍-20万倍之间一连可调;

2. 有很大的景深,视野大,图像的辨别率高,成像富有平面感,可间接视察种种试样高低不屈外貌的渺小布局,还能得到与形貌绝对应的多方面的信息;

3. 对付导电质料,可间接放入样品室举行剖析,对付导电性差或绝缘的样品则必要喷镀导电层;

4. 制样简朴,可以或许间接视察大尺寸试样的原始外貌,同时辐照对样品外貌的净化小;

5. 在不捐躯扫描电子显微镜特性的环境下扩大附加功效,如与EDS联用,可对质料的身分举行剖析。

 

在我们对SEM有了一个稍过细的相识之后,接上去就偏重进入其在微观质料范畴的使用,看看能为我们出现哪些极富代价的景观!

 

意彩龙虎和检测实行室对付扫描电子显微镜技能使用于质料及零部件检测方面有着富厚的履历:

对付金属质料的剖析方面,触及金属质料断裂生效剖析、金属质料的外貌缺陷剖析、金属质料的微区化学身分剖析等;

对付非金属质料而言,触及质料纳米级尺寸检测、质料的外貌形貌视察与丈量、涂镀层外貌形貌剖析与镀层厚度丈量、质料的微区化学身分剖析等。上面,我们逐一来展现这些使用:

 

一、扫描电子显微镜在金属质料范畴的使用

(1)金属质料断裂生效剖析。罕见以磨损、腐化、断裂、变形等生效情势存在。经过对断口微观形貌的视察,凭据脆性断裂及韧性断裂机理,联合质料受力形态剖析,找出生效泉源。

 

 

(2)金属质料的外貌缺陷剖析。罕见缺陷以起泡、翘皮、裂纹等情势存在。使用扫描电子显微镜对金属外貌或界面的薄层举行组分、布局和能态平分析,展现金属质料及其成品的外貌形貌、身分、布局或形态。

 

(3)金属质料的微区化学身分剖析。剖析外貌形貌及微区身分,为生效机理推测提供定性定量根据。

判断合金中析出相或固溶体的构成、测定金属及合金中种种元素的偏析、研讨电镀等工艺历程构成的异种金属的联合形态、研讨摩擦和磨损历程中的金属转移征象以及生效件外貌的析出物或腐化产品的辨别等。

 

二、扫描电子显微镜在非金属质料范畴的使用

(1)质料的外貌形貌视察

经过扫描电子显微镜视察质料外貌形貌,为研讨样品形状布局提供了方便,有助于监控产物质量,改进工艺。

视察的重要内容是剖析质料的多少形貌、质料的颗粒度及颗粒度的漫衍、物相的布局等。

 

 

(2)涂镀层外貌形貌剖析与镀层厚度丈量

♦涂镀层外貌形貌剖析

罕见涂镀层生效征象有:褪色、图案含糊、外貌磨损、腐化等,经过对涂层外貌形貌的视察与剖析,可以有用的对产物质量举行管控。质料剖面的特性 、零件外部的布局及毁伤的形貌,都可借助扫描电子显微镜来果断和剖析。

 

♦涂镀层厚度丈量

涂镀层厚度间接影响了零件或产物的耐腐化性、装饰结果、导电性、产物的牢靠性和利用寿命,因而,镀层厚度在产物质量、历程控制、本钱控制中都发扬偏重要作用。利用扫描电子显微镜能准确丈量质料镀层厚度,且成像清楚。

 

 

(3)质料的微区化学身分剖析

剖析历程中,得到形貌缩小像后,每每盼望能同时举行原位化学身分或晶体布局剖析,提供包罗形貌、身分、晶体布局或位向在内的更多信息,以便能更片面、客观地举行果断剖析。

为此,相继呈现了扫描电子显微镜——电子探针多种剖析功效的组合型仪器,如常与EDS(X射线能谱仪)联用,对质料举行定性半定量剖析。

 

(4)扫描电子显微镜辨别率可达纳米级别,可对纳米质料举行视察。

纳米质料的统统奇特功能重要源于它的超微尺寸,经过利用高辨别率的SEM对纳米级质料举行形貌视察和尺寸检测,对纳米质料的研讨及使用起到了底子性的作用。

 

三、扫描电子显微镜的现实使用案例展现

(1)某PCB板,必要对指定地位的IMC层厚度举行丈量,失掉如下结果。

 

 

(2)对某LED芯片举行外部布局视察。

 

 

(3)利用 SEM+EDS对某轴断裂地位举行视察。

 

SEM视察到的图示:

 

 

失掉EDS测试谱图:

 

 

失掉其定性半定量剖析结果,进而为生效缘故原由剖析提供微区化学方面的根据。

 

(4)某车用塑料零件呈现断裂征象,利用SEM视察断口环境。

 

 

由此,我们看到了扫描电子显微镜(SEM)在质料的微观范畴的诸多使用,其使用触及的行业范畴非常遍及,如质料、电子、航空、汽车地学、冶金、机器加工、半导体制造、陶瓷品等。意彩龙虎和检测作为专业的第三方检测实行室,在SEM相干检测项目方面拥有富厚的理论履历,针对差别的产物和客户需求,接纳差别的质料剖析要领和测试尺度,资助企业监控产物质量,维护产物品格!

 

参考文献:

①1007-2853(2007)02-0081-04《扫描电子显微镜及其在质料迷信中的使用》朱琳

②1001-9677( 2012) 19-0028-03《扫描电子显微镜的布局及对样品的制备》王醒东,林中山等

③1672-3791(2007)05(c)-0005-02《扫描电子显微镜在非金属质料剖析中的》王蕾,张静等

④《当代制造技能与配备》2010第1期总第194 期《扫描电镜对金属质料生效及外貌缺陷的研讨》曹鹏,孙黎波等

 

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