第09章復(fù)型運(yùn)用應(yīng)用技術(shù)

1、第09章復(fù)型運(yùn)用應(yīng)用技術(shù)斷口形貌分析是材料失效分析的重要手段。復(fù)型技術(shù)是斷口分析的有力手段。與原子核相互作用往往只引起彈性散射。與核外電子相互作用往往引起非彈性散射。彈性散射截面非彈性散射截面彈性散射：原子核對(duì)入射電子的散射作用，一般只改變電子原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，而能量沒(méi)有發(fā)生變化（或變化甚微）非彈性散射：電子與孤立的核外電子發(fā)生散射時(shí)，不僅能使入射電子改變運(yùn)動(dòng)方向，其能量也發(fā)生改變。質(zhì)厚襯度原理 復(fù)型薄膜中厚的部位（或密度大的部位），入射電子透過(guò)樣品時(shí)碰到的原子數(shù)目越多，對(duì)電子散射更加嚴(yán)重，因此通過(guò)物鏡光闌的電子數(shù)目就更少。因此得到的圖像上樣品的薄厚部位襯度不同。質(zhì)量襯度原理 透射電子顯微鏡樣品

2、制備 n透射電子顯微鏡成像時(shí)，電子束是透過(guò)樣透射電子顯微鏡成像時(shí)，電子束是透過(guò)樣品成像。由于電子束的穿透能力比較低，品成像。由于電子束的穿透能力比較低，用于透射電子顯微鏡分析的樣品必須很薄。用于透射電子顯微鏡分析的樣品必須很薄。根據(jù)樣品的原子序數(shù)大小不同，一般在根據(jù)樣品的原子序數(shù)大小不同，一般在5500nm之間。制備透射電子顯微鏡分析樣之間。制備透射電子顯微鏡分析樣品的方法很多，這里介紹幾種常用的制樣品的方法很多，這里介紹幾種常用的制樣方法。方法。復(fù)型樣品制備n所謂復(fù)型，就是把樣品表面形貌復(fù)制出來(lái)。所謂復(fù)型，就是把樣品表面形貌復(fù)制出來(lái)。n復(fù)型法是一種間接或部分間接的分析方法，因?yàn)橥ㄟ^(guò)復(fù)型法是一

3、種間接或部分間接的分析方法，因?yàn)橥ㄟ^(guò)復(fù)型制備出來(lái)的樣品是真實(shí)樣品表面行貌組織結(jié)構(gòu)細(xì)復(fù)型制備出來(lái)的樣品是真實(shí)樣品表面行貌組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的薄膜復(fù)制品。節(jié)的薄膜復(fù)制品。n使用這種方法主要是早期透射電子顯微鏡的制造水平使用這種方法主要是早期透射電子顯微鏡的制造水平有限和制樣水平不高，難以對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行直接觀察有限和制樣水平不高，難以對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行直接觀察分析。分析。n近年來(lái)掃描電鏡顯微鏡分析技術(shù)和金屬薄膜技術(shù)發(fā)展近年來(lái)掃描電鏡顯微鏡分析技術(shù)和金屬薄膜技術(shù)發(fā)展很快，復(fù)型技術(shù)幾乎為上述兩種分析方法所代替。很快，復(fù)型技術(shù)幾乎為上述兩種分析方法所代替。n用復(fù)型觀察斷口比掃描電鏡的斷口清晰以及復(fù)型金相用復(fù)型觀察斷

4、口比掃描電鏡的斷口清晰以及復(fù)型金相組織和光學(xué)金相組織之間的相似，致使復(fù)型電鏡分析組織和光學(xué)金相組織之間的相似，致使復(fù)型電鏡分析技術(shù)至今為人們所采用。技術(shù)至今為人們所采用。制備復(fù)型的材料應(yīng)具備的條件：1、復(fù)型材料本身必須是非晶態(tài)材料2、復(fù)型材料的粒子尺寸必須很小 碳復(fù)型：分辨率2nm； 塑料復(fù)型：1020nm3、復(fù)型材料應(yīng)具備耐電子轟擊性能復(fù)型技術(shù)一級(jí)復(fù)型塑料一級(jí)復(fù)型碳一級(jí)復(fù)型塑料碳二級(jí)復(fù)型一級(jí)復(fù)型法 n塑料一級(jí)復(fù)型：在已制備好的金相樣品塑料一級(jí)復(fù)型：在已制備好的金相樣品或斷口樣品上滴上幾滴體積濃度為或斷口樣品上滴上幾滴體積濃度為1%1%的的火棉膠醋酸戍酯溶液或醋酸纖維素丙酮火棉膠醋酸戍酯溶液或

5、醋酸纖維素丙酮溶液，溶液在樣品表面展平，多余的溶溶液，溶液在樣品表面展平，多余的溶液用濾紙吸掉，待溶劑蒸發(fā)后樣品表面液用濾紙吸掉，待溶劑蒸發(fā)后樣品表面即留下一層即留下一層100nm100nm左右的塑料薄膜。把左右的塑料薄膜。把這層塑料薄膜小心地從樣品表面揭下來(lái)這層塑料薄膜小心地從樣品表面揭下來(lái)就得到了塑料一級(jí)復(fù)型樣品就得到了塑料一級(jí)復(fù)型樣品. .n缺點(diǎn)：由于塑料分子較大，分辨率較低；缺點(diǎn)：由于塑料分子較大，分辨率較低；塑料一級(jí)復(fù)型在電子束照射下易發(fā)生分塑料一級(jí)復(fù)型在電子束照射下易發(fā)生分解和破裂。解和破裂。n負(fù)復(fù)型：一級(jí)復(fù)型的凹凸面與樣品相反。負(fù)復(fù)型：一級(jí)復(fù)型的凹凸面與樣品相反。n 一級(jí)復(fù)型法n

6、碳一級(jí)復(fù)型：碳一級(jí)復(fù)型是直接把表面清碳一級(jí)復(fù)型：碳一級(jí)復(fù)型是直接把表面清潔的金相樣品放入真空鍍膜裝置中，在垂?jié)嵉慕鹣鄻悠贩湃胝婵斟兡ぱb置中，在垂直方向上向樣品表面蒸鍍一層厚度為數(shù)十直方向上向樣品表面蒸鍍一層厚度為數(shù)十納米的碳膜。納米的碳膜。n蒸發(fā)沉積層的厚度可用放在金相樣品旁邊蒸發(fā)沉積層的厚度可用放在金相樣品旁邊的乳白瓷片的顏色變化來(lái)估計(jì)。的乳白瓷片的顏色變化來(lái)估計(jì)。n把噴有碳膜的樣品用小刀劃成對(duì)角線小于把噴有碳膜的樣品用小刀劃成對(duì)角線小于3mm3mm的小方塊，然后把樣品放入配好的分離的小方塊，然后把樣品放入配好的分離液中進(jìn)行電解或化學(xué)分離。碳膜剝離后也液中進(jìn)行電解或化學(xué)分離。碳膜剝離后也必須

7、清洗，然后才能進(jìn)行觀察分析。必須清洗，然后才能進(jìn)行觀察分析。n碳一級(jí)復(fù)型的特點(diǎn)：在電子束照射下不易碳一級(jí)復(fù)型的特點(diǎn)：在電子束照射下不易發(fā)生分解和破裂，分辨率可比塑料復(fù)型高發(fā)生分解和破裂，分辨率可比塑料復(fù)型高一個(gè)數(shù)量級(jí)，但制備碳一級(jí)復(fù)型時(shí)，樣品一個(gè)數(shù)量級(jí)，但制備碳一級(jí)復(fù)型時(shí)，樣品易遭到破壞。易遭到破壞。n 二級(jí)復(fù)型法n二級(jí)復(fù)型是目前應(yīng)用最廣的一種復(fù)型方法。n塑料碳二級(jí)復(fù)型：它是先制成中間復(fù)型（一級(jí)復(fù)型），然后在中間復(fù)型上進(jìn)行第二次碳復(fù)型，再把中間復(fù)型溶去，最后得到二級(jí)復(fù)型。n特點(diǎn):(1)制備復(fù)型時(shí)不破壞樣品的原始表面；(2)最終復(fù)型是帶有重金屬投影的碳膜，其穩(wěn)定性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性都很好，在電子束照射

8、下不易發(fā)生分解和破裂；(3)分辨率和塑料一級(jí)復(fù)型相當(dāng);(4)復(fù)型樣品厚度為10nm，易被電子束透過(guò)。 n 二級(jí)復(fù)型法n右圖為二級(jí)復(fù)型制備過(guò)程示意右圖為二級(jí)復(fù)型制備過(guò)程示意圖。圖圖。圖(a)(a)為塑料中間復(fù)型，圖為塑料中間復(fù)型，圖(b)(b)為在揭下的中間復(fù)型上進(jìn)行為在揭下的中間復(fù)型上進(jìn)行碳復(fù)型。為了增加襯度可在傾碳復(fù)型。為了增加襯度可在傾斜斜15-4515-45的方向上噴鍍一層重的方向上噴鍍一層重金屬，如金屬，如CrCr、AuAu等（稱為投等（稱為投影）。一般情況下，是在一次影）。一般情況下，是在一次復(fù)型上先投影重金屬再噴鍍碳復(fù)型上先投影重金屬再噴鍍碳膜，但有時(shí)也可噴投次序相反，膜，但有時(shí)也

9、可噴投次序相反，圖圖(c)(c)表是溶去中間復(fù)型后的最表是溶去中間復(fù)型后的最終復(fù)型。終復(fù)型。 二級(jí)復(fù)型照片 二級(jí)復(fù)型照片萃取復(fù)型 n在需要對(duì)第二相粒子形狀、大小在需要對(duì)第二相粒子形狀、大小和分布進(jìn)行分析的同時(shí)對(duì)第二相和分布進(jìn)行分析的同時(shí)對(duì)第二相粒子進(jìn)行物相及晶體結(jié)構(gòu)分析時(shí)。粒子進(jìn)行物相及晶體結(jié)構(gòu)分析時(shí)。常采用萃取復(fù)型。常采用萃取復(fù)型。n右圖是萃取復(fù)型的示意圖。右圖是萃取復(fù)型的示意圖。n這種復(fù)型的方法和碳一級(jí)復(fù)型類這種復(fù)型的方法和碳一級(jí)復(fù)型類似，只是金相樣品在腐蝕時(shí)應(yīng)進(jìn)似，只是金相樣品在腐蝕時(shí)應(yīng)進(jìn)行深腐蝕，使第二相粒子容易從行深腐蝕，使第二相粒子容易從基體上剝離。基體上剝離。n此外，進(jìn)行噴鍍碳膜

10、時(shí)，厚度應(yīng)此外，進(jìn)行噴鍍碳膜時(shí)，厚度應(yīng)稍厚，以便把第二相粒子包絡(luò)起稍厚，以便把第二相粒子包絡(luò)起來(lái)。來(lái)。 粉末樣品制備n隨著材料科學(xué)的發(fā)展，超細(xì)粉體及納米材隨著材料科學(xué)的發(fā)展，超細(xì)粉體及納米材料發(fā)展很快，而粉末的顆粒尺寸大小、尺料發(fā)展很快，而粉末的顆粒尺寸大小、尺寸分布及形態(tài)對(duì)最終制成材料的性能有顯寸分布及形態(tài)對(duì)最終制成材料的性能有顯著影響，因此，如何用透射電鏡來(lái)觀察超著影響，因此，如何用透射電鏡來(lái)觀察超細(xì)粉末的尺寸和形態(tài)便成了電子顯微分析細(xì)粉末的尺寸和形態(tài)便成了電子顯微分析的一的一項(xiàng)重要內(nèi)容。的一的一項(xiàng)重要內(nèi)容。n其關(guān)鍵工作是是粉末樣品的制備，樣品制其關(guān)鍵工作是是粉末樣品的制備，樣品制備的關(guān)鍵是如何將超細(xì)粉