表面形貌衬度原理及其应用.pptxVIP

表面形貌衬度原理及其应用二次电子成像原理二次电子形貌衬度的应用 二次电子成像原理二次电子信号主要用于分析样品的表面形貌。二次电子只能从样品表面层5-10nm深度范围内被入射电子束激发出来，大于10nm时，将被样品所吸收。二次电子对微区表面的几何形状十分敏感。下图示意地说明了样品表面和电子束相对位置与二次电子产额之间的关系。入射束和样品表面法线平行时（图a)，即θ=00，二次电子的产额最少；若样品表面倾斜450，则电子束穿入样品激发二次电子的有效深度增加到1.414倍(图b），入射电子使距表面5-10nm的作用体积内逸出表面的二次电子数量增多。通常电子束相对于试样表面的入射角选在450左右。 二次电子成像原理图二次电子形貌衬度的应用断口分析样品表面形貌观察材料变形与断裂动态原位观察二次电子形貌衬度示意图图为根据上述原理画出的造成二次电子形貌衬度的示意图。 图中样品上B面的倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低；反之，C面的倾斜度最大，亮度也最大。实际样品中二次电子的激发过程示意图 突出尖端 小颗粒 侧面 凹槽 突出尖端、小粒子以及比较陡的斜面处二次电子产额较多，在荧光屏上这些部位的亮度较大；平面上二次电子产额较少，亮度较低；在深的凹槽底部虽然也能产生较多的二次电子，但这些二次电子不易被检测器收集到，因此槽底的衬度也会较暗。断口分析沿晶断口韧窝断口解理断口纤维增强复合材料断口沿晶断口这是一张普通的沿晶断裂断口照片。因为靠近二次电子检测器的断裂面亮度大，背面则暗，故断口呈冰糖块状或石块状。一般认为其原因是S、P等有害杂质元素在晶界上偏聚使晶界强度降低，从而导致沿晶断裂。沿晶断裂属于脆性断裂，断口上无塑性变形迹象。韧窝断口这是一张典型的韧窝断口照片。因为韧窝的边缘类似尖棱，故亮度较大，韧窝底部较为平坦，图像亮度较低。有些韧窝的中心部位有第二相小颗粒，由于小颗粒的尺寸很小，入射电子束能在其表面激发出较多的二次电子，所以这种颗粒也是比较亮的。韧窝断口是穿晶韧性断裂。解理断口解理断裂是沿某特定的晶体学晶面产生的穿晶断裂。对于bcc的α-Fe来说，其解理面为（001）。从图中可以清楚的看到，由于相邻晶粒的位向不同（二晶粒的解理面不在同一个平面上，且不平行），因此解理裂纹从一个晶粒扩展到相邻晶粒内部时，在晶界处（过界时）开始形成河流花样（解理台阶）。纤维增强复合材料断口图为碳纤维增强陶瓷复合材料的断口照片。可以看出，断口上有很多纤维拔出。由于纤维的强度高于基体，因此承载时基体先开裂，但纤维没有断裂，仍能承受载荷，随着载荷进一步增大，基体和纤维界面脱粘，直至载荷达到纤维断裂强度时，纤维断裂。由于纤维断裂的位置不都在基体主裂纹平面上，所以断口上有大量露头的拔出纤维及纤维拔出后留下的孔洞。样品表面形貌观察烧结体烧结自然表面观察晶相表面观察陶瓷表面的二次电子像 ZrO2-XY2O3 2%；烧结温度1500℃；晶粒细小的正方相。 陶瓷表面的二次电子像 ZrO2-XY2O3 6%；烧结温度1500℃；晶粒尺寸较大的单相立方相。 陶瓷表面的二次电子像 正方相与立方相双相混合组织。细小的晶粒为正方相， 晶粒尺寸 较大的为 立方相。陶瓷表面的二次电子像 Al2O3+x ZrO215%;有棱角的大晶粒为Al2O3，小的白色球状颗粒为ZrO2 。金相样品的二次电子像可以看出其分辨率 及立体感均好于光 学金相照片。珠光 体中的Fe3C与铁素 体的层片形态及回析出碳化物 火组织中析出的细 小碳化物均清晰地 显示了出来。珠光体组织材料变形与断裂动态原位观察双相钢复合材料双相钢图示为双相钢 拉伸断裂过程 的动态原位观 察结果。裂纹萌生 裂纹扩展 可见，裂纹萌生于铁素体中，扩展过程中遇到马氏体受阻；加大载荷，马氏体前方的铁素体产生裂纹，而马氏体仍未断裂；继续加大载荷，马氏体才断裂，将裂纹连接起来向前扩展。复合材料图为Al3Ti/(Al-Ti)复合 材料断裂过程的原位观 察结果。可以看出，裂纹遇到Al3Ti颗粒时受阻而转向，沿着颗粒与基体的界面扩展，有时颗粒也产生断裂。