扫描电镜

null 扫描电子显微镜在磨损表面分析中的应用 扫描电子显微镜在磨损表面分析中的应用学生：樊曼 学号：10721175 导师：汪希平 目录目录1.扫描电镜概述1.扫描电镜概述 电子显微技术是显微技术的一个重要分支，是一门现代化的显微科学。光学显微镜的分辨率能达到200nm左右，有效放大倍率为1000~2000倍，如果研究比200nm更小的结构，如分子、原子等，光学显微镜就无能为力了。于是，科学家发明另一种利用电子束对样品放大成像的一种显微镜，包括扫描电镜和透射电镜两大类型，分辨率达到1nm，放大率达到80万~100万倍。借助这种电镜我们可以看到物质的超微结构。1.1 扫描电镜的优点1.1 扫描电镜的优点高的分辨率。由于超高真空技术的发展，场发射电子枪的应用得到普及，现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1纳米左右； 有较高的放大倍数； 有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构； 试样制备简单； 配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织形貌的观察和微区成分分析。 1.2 扫描电镜的工作原理1.2 扫描电镜的工作原理电子散射区域 二次电子(试样的表面形貌) 电子束 (0.2～30kV)试样 X线 (元素) 反射电子 (形貌·成份) 萤光 (化学结合状态) 试样吸收电流 俄歇电子（元素）1.2 扫描电镜的工作原理1.2 扫描电镜的工作原理由电子枪发射电子束经过电磁透镜聚焦通过扫描线圈控制电子束偏转扫描物镜聚焦，打在样品上，产生信号信号检测器捕捉电子信号放大成像1.2 扫描电镜的工作原理1.2 扫描电镜的工作原理 扫描电镜的工作原理可以简单地归纳为“光栅扫描，逐点成像”。1.3 扫描电镜的应用1.3 扫描电镜的应用 扫描电镜主要用于研究各种不同样品的组织及表面形貌，它可以应用到各个领域之中的不同方向，它以各种不同的实物为研究对象。例如：它可以研究金属及合金的组织，磨损形貌，腐蚀和断裂形貌；也可以很方便地研究玻璃，陶瓷，纺织物等的细微结构和形貌。“河流花样”“撕裂岭”“冰糖块”“蜂窝状”“贝纹状”1.4 扫描电镜的发展历程1.4 扫描电镜的发展历程1924年，法国科学家De.Broglie证明任何粒子在高速运动时都会发射一定波长的电磁辐射。 1926年，德国科学家Garbor和Busch发现用铁壳封闭的铜线圈对电子流能折射聚焦，即可以作为电子束的透镜。 1935年，Knoll提出了扫描电镜的设计 思想 教师资格思想品德鉴定表下载浅论红楼梦的主题思想员工思想动态调查问卷论语教育思想学生思想教育讲话稿 并制成了扫描电镜的原始模型。 1942年，剑桥大学的马伦成功地制造世界第一台扫描电镜。1.4 扫描电镜的发展历程1.4 扫描电镜的发展历程1960 Everhart and Thornley 发明二次电子侦测器。 1965 第一部商用SEM出现。 1982年德国物理学家Gerd Binning与瑞士物理学家Heinrich Rohrer在瑞士苏黎世研究工作时发明了扫描隧道显微镜（STM） 我国电镜研制起步比较迟，1958年在长春中国科学院光学精密机械研究所生产了第一台中型电镜。 1975年中国科学院北京科学仪器厂成功试制了第一台DX-3型扫描电镜，分辨率为10nm，填补了我国扫描电镜的空白。2. 扫描电子显微镜的主要性能2. 扫描电子显微镜的主要性能1.放大倍数 SEM的放大倍率=L/A 试样 电子束 扫描(X方向) 扫描(Y方向) ACRT的电子束CRTL扫描(X方向)扫描(Y方向)2.2分辨率2.2分辨率分辨率是扫描电镜的主要性能指标。对成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。一般二次电子像的分辨率约为5-10nm，背反射电子像的分辨率约为50-200nm。影响分辨率的因素如下： （1）入射电子束束斑直径：入射电子束束斑直径是扫描电镜分辨本领的极限。如果束斑为10nm，那么分辨本领最高也是10nm。2.2分辨率2.2分辨率（2）入射电子束在样品中的扩展效应：入射电子束在样品中发生扩散，扩散程度取决于入射电子束能量和样品原子序数高低，入射电子束能量越大、样品原子序数越小，则电子束作用体积越大，产生信号的区域随电子束的扩散而增大，从而降低了分辨率。 （3）所用的调制信号及成像方式：所用的调制信号不同，所得图像的分辨率也不同。 2.3 景深 2.3 景深 景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。 扫描电镜的景深为比一般光学显微镜景深大100-500倍，比透射电镜的景深大10 倍。tan a=a=r/（D/2） a为电子束入射角 景深=D=2r/a r为电子束直径 假设CRT光点大小为0.1mm=100um 2r=0.1/M（放大倍率） a=R/WD D=100um/（M*a）=（100um*WD/M*R）3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用 为探讨不同摩擦条件下PTFE(聚四氟乙烯)对PI(聚酰亚胺)的磨损影响机制, 利用JSM-5600LV 型扫描电子显微镜(SEM) 对复合材料的磨损表面形貌进行了观察分析, 为阐明PTFE 改性PI 在水环境中的磨损机理提供科学依据。 下图是外加载荷200N, 滑动速度0.86ms- 1，PTFE含量依次为5wt.%，10wt.%，20wt.%，30wt.%时的表面形貌。3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用磨损表面有大量的微 观断裂裂纹和破碎, 表现为磨粒磨损和疲劳 磨损特征在磨损表面可以观察到 PTFE 磨损时特征的带状 结构的拉丝现象, 表现出 明显的粘着磨损特征磨损表面的微观 裂纹和破碎减轻, 磨屑也变得比较细碎,纤 维和基体结合得到改善3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用　从上图的分析可以得出结论: PTFE 的加入改善了碳纤维与PI 基体之间的结合, PTFE 颗粒在一定程度上能分散一部份集中在基体的应力, 而使材料延迟破坏, 减轻了应力作用产生的微观断裂, 但使材料的塑性变形增大, 磨痕宽度增加, 磨损率升高。3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用磨损表面平整光滑, 仅有微切 削的痕迹, 显露出的纤维被 局部磨平,基本没有磨屑在 磨损表面上存留材料磨损表面存 在明显的剥落磨损表面出 现无规则的疲劳 裂纹不断增多3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用 这可归结为: 由于水的存在, 材料表层在水中不同程度的吸水、溶胀, 形成低剪切的吸水溶胀层, 从而降低了摩擦系数和磨损率; 磨屑随水流带走, 因而不易积存于磨损表面。同时由于水的冷却作用, 降低了摩擦表面的温升, 使得摩擦热致的塑性变形、微观破裂显著减轻。 随PTFE 含量的增加, 摩擦系数降低的同时复合材料的机械强度降低, 引起了磨损表面的疲劳裂纹萌生及扩展, 进而形成疲劳剥落, 使磨损率升高。3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用3.扫描电镜在磨损表面分析中的应用结论： PTFE 的加入改善了碳纤维与PI 基体之间的结合; 干摩擦下, 材料磨损表面均表现出塑性变形、微观破裂及破碎, 随PTFE 含量的增加微观断裂减轻,塑性变形加大; 水润滑下这一机制显著减弱, 归因于水的润滑和冷却作用。4.结束语4.结束语 扫描电镜作为一种检测手段，已经被广泛地应用于材料的磨损检测、失效分析、断口形貌、材料的机械性能检测等方面。通过借助扫描电镜可以清晰地观察出材料的磨损状态，材料金相组织的生长过程等，为制定工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、确定试验结果打下了基础。5.参考文献5.参考文献[1]贾均红,陈建敏,周惠娣,周华,杨华勇,不同摩擦条件下PTFE 改性聚酰亚胺的磨损表面分析[J]，电子显微学报，2003. [2]郭素枝,扫描电镜技术及其应用[M],厦门大学出版社2006.02 [3]孙蓉,徐洮,张治军,刘惠文,薛群基,单晶Si 表面微观磨损机理的SEM 研究[J],电子显微学报,2003.6 [4]李硕,扫描电镜在失效分析中的应用[J],工业科技，2005. [5]http://baike.baidu.com/view/691143.htmnull