表面形貌襯度原理及其應(yīng)用

1、1,表面形貌襯度原理及其應(yīng)用,二次電子成像原理二次電子形貌襯度的應(yīng)用,2,二次電子成像原理,二次電子信號主要用于分析樣品的表面形貌。二次電子只能從樣品表面層5-10nm深度范圍內(nèi)被入射電子束激發(fā)出來，大于10nm時，將被樣品所吸收。二次電子對微區(qū)表面的幾何形狀十分敏感。下圖示意地說明了樣品表面和電子束相對位置與二次電子產(chǎn)額之間的關(guān)系。入射束和樣品表面法線平行時（圖a)，即θ=00，二次電子的產(chǎn)額最少；若樣品表面傾斜450，則電子束

2、穿入樣品激發(fā)二次電子的有效深度增加到1.414倍(圖b），入射電子使距表面5-10nm的作用體積內(nèi)逸出表面的二次電子數(shù)量增多。通常電子束相對于試樣表面的入射角選在450左右。,3,二次電子成像原理圖,,4,二次電子形貌襯度的應(yīng)用,斷口分析樣品表面形貌觀察材料變形與斷裂動態(tài)原位觀察,5,二次電子形貌襯度示意圖,圖為根據(jù)上述原理畫出的造成二次電子形貌襯度的示意圖。 圖中樣品上B面的傾斜度最小，二次電子產(chǎn)額最少，亮度最低；反之，C

3、面的傾斜度最大，亮度也最大。,6,實際樣品中二次電子的激發(fā)過程示意圖,突出尖端 小顆粒 側(cè)面 凹槽 突出尖端、小粒子以及比較陡的斜面處二次電子產(chǎn)額較多，在熒光屏上這些部位的亮度較大；平面上二次電子產(chǎn)額較少，亮度較低；在深的凹槽底部雖然也能產(chǎn)生較多的二次電子，但這些二次電子不易被檢測器收集到，因此槽底的襯度也會較暗。,7,斷口分析,沿晶斷口韌窩斷口解理斷口

4、纖維增強復(fù)合材料斷口,8,沿晶斷口,這是一張普通的沿晶斷裂斷口照片。因為靠近二次電子檢測器的斷裂面亮度大，背面則暗，故斷口呈冰糖塊狀或石塊狀。一般認(rèn)為其原因是S、P等有害雜質(zhì)元素在晶界上偏聚使晶界強度降低，從而導(dǎo)致沿晶斷裂。沿晶斷裂屬于脆性斷裂，斷口上無塑性變形跡象。,9,韌窩斷口,這是一張典型的韌窩斷口照片。因為韌窩的邊緣類似尖棱，故亮度較大，韌窩底部較為平坦，圖像亮度較低。有些韌窩的中心部位有第二相小顆粒，由于小顆粒的尺寸很小

5、，入射電子束能在其表面激發(fā)出較多的二次電子，所以這種顆粒也是比較亮的。韌窩斷口是穿晶韌性斷裂。,10,解理斷口,解理斷裂是沿某特定的晶體學(xué)晶面產(chǎn)生的穿晶斷裂。對于bcc的α-Fe來說，其解理面為（001）。從圖中可以清楚的看到，由于相鄰晶粒的位向不同（二晶粒的解理面不在同一個平面上，且不平行），因此解理裂紋從一個晶粒擴展到相鄰晶粒內(nèi)部時，在晶界處（過界時）開始形成河流花樣（解理臺階）。,11,纖維增強復(fù)合材料斷口,圖為碳纖維增強陶瓷復(fù)

6、合材料的斷口照片?？梢钥闯?，斷口上有很多纖維拔出。由于纖維的強度高于基體，因此承載時基體先開裂，但纖維沒有斷裂，仍能承受載荷，隨著載荷進一步增大，基體和纖維界面脫粘，直至載荷達到纖維斷裂強度時，纖維斷裂。由于纖維斷裂的位置不都在基體主裂紋平面上，所以斷口上有大量露頭的拔出纖維及纖維拔出后留下的孔洞。,12,樣品表面形貌觀察,燒結(jié)體燒結(jié)自然表面觀察晶相表面觀察,13,陶瓷表面的二次電子像,ZrO2-XY2O3 2%；燒結(jié)溫度1500

7、℃；晶粒細(xì)小的正方相。,14,陶瓷表面的二次電子像,ZrO2-XY2O3 6%；燒結(jié)溫度1500℃；晶粒尺寸較大的單相立方相。,15,陶瓷表面的二次電子像,正方相與立方相雙相混合組織。細(xì)小的晶粒為正方相， 晶粒尺寸 較大的為 立方相。,16,陶瓷表面的二次電子像,Al2O3+x ZrO215%;有棱角的大晶粒為Al2O3，小的白色球狀顆粒為ZrO2 。,17,金相樣品的二次電子像,可以看出其分辨率 及立體感均好于

8、光 學(xué)金相照片。珠光 體中的Fe3C與鐵素 體的層片形態(tài)及回 析出碳化物 火組織中析出的細(xì) 小碳化物均清晰地 顯示了出來。 珠光體組織,18,材料變形與斷裂動態(tài)原位觀察,雙相鋼復(fù)合材料,19,雙相鋼,圖示為雙相鋼 拉伸斷裂過程 的動態(tài)原位觀 察結(jié)果。 裂紋萌生