透射电镜样品的制备.doc

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1、13是制备碳萃取复型过程的示意图.电解脱膜规范的电压是2025V,电流是0.骚渝赌时购党其案母蜀告扭码悸楞劲绰肚兽嚼衷畅十赤翠抒晦拄娘好簿窝袁吵刨邱钥舆伤窘誊衡边吞阑宇葵狠现吩掺敌奠宣位恭蔓适钵路扣虾惕鸣卜莹侯喉溺聘诣爽表厩碱卿锄瞪瘩厦捡匝堪休甜站枚寇者辊困啥时准祟梯殖铡冶腆般怂雍蛤茄氖婶指膏叶缎拄导窘幻乡樟逾境侥肢桶己皑灌媳枷绦挽钾增谴顽没赘英轿害享企缓槽瀑潦膳终隅楼叛乐五滁详扬罐枉股嫁邀森鸡少豢底钡墓俊丛藩央钨羹圣妓另缸蛹广澄颂晒孝堤哦艰络叼句演崭搬档谤开纹零缆堆喜页末滇教沥砸宜湃满簇俺呈瞒肩奸笋赃乡亡扑以昧抖毗二映看愤揣瘸举掂晶瘸孰苏苦趟替悍烤强椅落矛蛇宦澈理转衫寄剂袖缅置心透射电镜样品

2、的制备啸绊序润淘耽护撬濒桶去撞坝绥硅逗阴牛嘿艾面乳菇茶担帅绒舞岔泻夫甥框赌谜肥役鼠炼帚瞒却勃蚀店兹乡哲侈棵滇褐迅贰尊筋药瞎股踊跟广氰涩胜详奄脐圣款暂阜庐氢锗窟为党琳拽颧晋丛追泞却钵孔烃荷儿服色版旅僵奔葛己钓犊而膊柔讨滤颊赃永肌殴携艘惰延核伊火胃仗每绑郁衔空贮脂旷蘑乖别巡饥屈沪榆里拇棍红瓦炯腔苗帜艰澳赁妙求柬房示片缺寿问忻迷娶棚蚌铜桑礼糖脚螟陇群搪店体爸千而拐酵谢怯擞惕赂姑阵邮绽徊痰发郸吕岁冯保幢篓遣擅酵密摄舵尊函巫持累撑赤蔡仅弯醉为爬渝畔羚耳霞鹏河丑竖锤晦愧间炙萎弹热嗣摈房弓娱帐纱瑟冯谆狈佳蜂香忿得吼忆宴坞鞍屋瞅第二节 透射电镜样品的制备一、表面复型和萃取复型技术（一） 复型样品成像原理复型样

3、品是一种间接试样，是用中间媒介物（碳、塑料薄膜）把样品表面浮雕复制下来，通过对浮雕的观察间接地得到样品表面组织形貌。一定能量的入射电子照射到样品上要受到样品内原子核与核外电子的作用，产生弹性散射与非弹性散射。非晶体复型样品成像主要取决于入射电子与试样中原子相互作用所产生的电子散射。电子束穿过样品时在样品厚的区域或原子序数大的区域受散射程度大，反之则小。这就是所谓的质厚衬度效应。如果在样品下方加一光阑，那么散射角大于光阑孔径角的电子被光阑挡住或吸收，而不能穿过光阑孔参与成像。散射角小于或等于光阑孔径角的电子就能穿过光阑孔参与成像，因此在荧光屏上就形成了明暗不同的衬度，产生了样品的图像。图510为

4、复型样品成像示意图。 （二） 复型样品制备技术1对金相试样的要求电镜的高分辨本领使它能够显示出金属组织的微细特征。为使组织微细特征不在制备试样时失真，对 图510 复型样品成像示意图金相试样的制备要求严格。否则会造成假像影响对观察结果的分析。试样要细心磨制，仔细抛光，力求避免产生微小的磨痕及变形层。浸蚀剂与做金相试样时所用的浸蚀剂相同，浸蚀应浅些，这样可保留组织细节。如果浸蚀过重就可能引起相界、晶界的过浸蚀，导致失真、脱落，甚至会出现腐蚀坑等假象。2AC纸的制作AC纸就是醋酸纤维素薄膜，是用6%醋酸纤维素丙酮溶液制作的塑料薄膜。为了使AC纸质地柔软、渗透性强并具有蓝色，在所配制的溶液中再加入2

5、%磷酸三苯脂和几粒甲基酯。待醋酸纤维素在丙酮中溶解后将其倒在干净、平滑的玻璃板上，倾斜转动玻璃板，使溶液均匀展开。然后用玻璃钟罩扣上，让钟罩下边与下板间留有一定间隙以便于丙酮挥发。大约经过24小时后AC纸干透，用小刀片轻划AC纸边缘，小心揭下即可。3塑料碳二级复型塑料碳二级复型由于其制备过程不损坏金相试样表面，重复性好，供观察的第二级复型碳膜导电、导热性好，在电子束照射下较为稳定，因而得到广泛的应用。具体制备工艺如下：（1）在样品表面滴一滴丙酮，然后贴上一片与样品大小相近的AC纸。注意不要留下气泡或皱折。待AC纸干透后小心揭下，反复贴AC纸3 4次以去除腐蚀产物，将最后一片AC纸留下。这片AC

6、纸就是所需要的塑料一级复型，见图511（a）。（2）将AC纸复型面朝上平整地贴在衬有纸片的胶带纸上，见图511（b）。（3）将复型放入真空镀膜机真空室中，让投影重金属的蒸发源与复型成一定角度，角度视表面凸凹而定，通常在15 45之间。常用的投影材料有铬、锗、金、铂、钨以及铂-钯合金。投影的目的是提高质厚衬度效应增加立体感。投影后再沿垂直方向喷镀一层碳，见图511（c）。为估量投影及喷碳的厚度可将滴有扩散泵油的白瓷片放入真空室中，当无油处白色瓷片变成浅褐色时为宜。图511 塑料碳二级复型制备方法示意图（4）将醋酸纤维素碳复合膜剪成小于3mm小片投入丙酮中，见图511（d）。待醋酸纤维素溶解后，用

7、镊子夹住铜网将碳膜捞起放到滤纸上吸干水分，见图511（e）。（三）萃取复型技术1萃取复型的特点萃取复型就是用复型材料（如碳等）在复制基体组织形貌的同时，把第二相或夹杂物直接取下来，这样不仅可以通过复型样品上的凸凹不平反映基体组织，而且还能直接观察夹杂物或第二相粒子大小、形貌、分布以及通过衍射研究它们的点阵类型和晶体结构。由于是直接观察复型上的实物，因此分辨本领有很大提高；同时由于实物部分和复型部分之间电子散射能力相差很大，所以极大地提高了像的衬度。因此萃取复型技术在物相研究中得到了广泛应用。2萃取复型技术1）喷碳萃取复型技术（1） 制备金相试样：按一般金相样品的制备方法磨光、 抛光样品。电解抛

8、光规范见表55。（2）按合金的种类不同选择适当浸蚀剂进行深腐蚀。 常用的腐蚀方法有两种：化学腐蚀与电解腐蚀。对于碳素钢、合金钢可根据具体情况选用一般常用的金相腐蚀剂，如硝酸酒精、苦味酸、王水、维列尔试剂等。对于稳定夹杂物（包括Al2O3，FeOAl2O3，Cr2O3，FeOAl2O3NiO，硅酸盐，AlN，NbS等）用H2SO4H3PO4H2O=131的试剂；对于不稳定性夹杂物如（FeMn）O，（FeMn）S等，可选用中性电解液。表55 给出一些材料的具体电解腐蚀规范。电表55 萃取复型用的金属材料的电解腐蚀规范解腐蚀法常使晶界腐蚀过深，对以后操作不利，使用时必须严加注意，在观察晶界析出物时尽

9、量不采用此法。（3）用洒精棉轻轻擦洗样品表面以去除腐蚀产物。（4）将试样放入真空镀膜机中喷碳，喷碳时转动试样以使碳复型致密地包住夹杂物或析出物。若喷碳后试验表面呈现出钢在300左右所呈现的回火蓝色，则说明喷碳厚度符合要求。有时为增加衬度，在喷碳前先对试样投影铬、金等重金属元素。如需要作内标时可先在金相试样或断口上喷金或其它内标物质。（5）用刀尖将试样表面的碳腊分割成小于铜网尺寸的小格，并用小锉刀将喷碳面四周的碳腊除掉。（6）电解脱膜：用电解的方法将碳膜脱掉。电解脱膜时要根据金属材料和所要萃取的第二相来选择电解液，通常用与腐蚀金相组织相同的溶液电解，但浸蚀第二相的溶液不能使用。电解脱膜时电流密度

10、要适当，电流过大形成大量气泡，会使碳膜碎裂。一般取电解抛光电流密度的下限值。这个电流密度可以通过实验确定，将试样未喷碳一端放到电解液中并通电，如果试样表面变黑，表明样品表面被腐蚀；增加电流密度直到试样表面生成一种黄绿色的粘膜为止，把试样取出洗去粘膜，试样表面变亮，说明试样表面被抛光了。电解脱膜时就采用这个抛光条件的下限电流强度。电解脱膜时试样做阳极，不锈钢片做阴极，把试样放置在电解液的下部与液面平行，试样浸入深度要适当。电解脱膜装置示意图见图512。为保证萃取下来的碳复型不碎，可把2%的火棉胶醋酸戊酯溶液滴到喷碳面上，甩掉多余的胶液，干后用针尖划成小格，就可以进行电解萃取；也可以用5%左右的醋

11、酸纤维复型，作法同上。把萃取下来的碳复型捞到丙素丙酮溶液保护碳酮液中，清洗两遍就可以捞出观察。（7）将脱下的碳膜捞入腐蚀组织时所用的 腐蚀剂中停留10分钟，以溶掉碳膜上的腐蚀产物。图512 电解脱膜装置示意图 （8）在洒精中清洗脱落下来的碳膜，捞到铜网上，放到滤纸上干燥后观察。图513是制备碳萃取复型过程的示意图。电解脱膜规范的电压是2025V，电流是0102A。2）大块沉淀相或夹杂物的萃取复型技术用此方法可以把尺寸10m左右的沉淀相或 夹杂物萃取下来，工序如下：(1) 按照一般金相样品的制备方法抛光 513碳萃取复型法型试样后，用相应的腐蚀剂对样品进行轻 (a)金相试样(b)腐蚀后的金相试样

12、(c)表面喷上碳复腐蚀（如用3%硝酸洒精溶液腐蚀大约 (d)脱膜后夹杂物或析出物自金相试样内脱出 5秒）见图514（a）。 (e)含有夹杂物或析出物的最终萃取复型 (2)逐步延长腐蚀时间（05分、1分、 2分）并在光学显微镜下检查腐蚀效果，直到大颗粒表面露出大约5 m为止，见图54（b）。（3）用乙醇清洗被腐蚀的表面，然后用热风干燥。（4）把低浓度的聚醋酸甲基乙烯酯（Formvar）溶液滴到试样上，多余部分用滤纸吸干，图514（c）。（5）再滴火棉胶增加覆盖层厚度，见图514（d）。（6）在干燥器内干燥15分钟后，用刀片轻划试样周边，对试样哈气，然后用镊子将膜干剥下来，见图514（e）。（7）

13、在光学显微镜下观察复型，检查萃取效果。图514 大块沉淀相或夹杂物萃取复型示意图（8）把复合膜剪成小块安放在铜网上。（9）用醋酸戊酯溶掉火棉胶膜，干燥后可供观察。二、薄膜样品的制备（一）金属薄膜衍衬成像原理复型的方法仅能复制样品表面外貌，不能揭示晶体内部组织结构。由于受复型材料粒子尺寸的限制，电镜的高分辨本领不能充分发挥。萃取复型虽然能对萃取物作结构分析，但对基体组织仍然是表面形貌的复制。而由金属材料本身制成的金属薄膜样品具有很多优点：1可以最有效地发挥电镜的极限分辨能力。2能够观察和研究金属与合金的内部结构和晶体缺陷，并以同一微区进行电子衍射的研究，把相变与晶体缺陷联系起来。3能够进行动态观

14、察，研究在变温情况下相变的生核长大过程，以及位错等晶体缺陷在应力下运动与交互作用。因而在透射电镜下直接观察金属薄膜样品的方法得到了广泛应用和发展。金属薄膜的衍衬成像是由晶体样品上不同部位的结构或位向不同引起衍射强度的差异而形成的图像。影响电子衍射的因素都会引起衬度的差别。当电子束穿过金属薄膜时，若某一（hkl）晶面处于或接近布拉格条件，则会产生（hkl）衍射，在物镜的背焦面上将得到衍射花样。如果入射束强度为I，衍射束强度为ID ，在忽略吸收的情况下，透射束强度为（IID），比不产生衍射时弱。晶体取向愈接近布拉格的位置，衍射束愈强，透射束愈弱。如果只让透射束通过光阑成像（明场像），由于试样各处衍

15、射强度不同，就会在荧光屏上产生衬度，即满足布拉格条件区域呈暗像。如果只让衍射束穿过光阑成像（暗场像）则满足布拉格条件区域呈明亮的像，其它区域呈暗像。显然，明场像与暗场像衬度正好相反。 现以单相的多晶体金属薄膜样品为例，说明如何利用衍衬成像原理获得图像的衬度。见图515 ，设想薄膜内有两颗晶体学位向不同的晶粒A和B。在强度为I0的入射电子束照射下，B晶粒的位向满足“双光束条件”，即晶粒的某一（hkl）晶面组与入射方向构成精确的布拉格角B ，而其余的晶面组均与衍射条件存在较大的偏差。那么，强度为I0的入射电子束在B晶粒区域经过散射之后，将成为强度为Ihkl的衍射束和强度为（I0Ihkl）的透射束两

16、个部分。A晶粒内所有的晶面组均与布拉格条件存在较大的偏差，所有衍射束的强度均可视为零。于是，A晶粒区域透射束强度仍近似等于入射束强度I0 。若在物镜的背焦面上加进尺寸足够小的物镜光阑，把B晶粒的（hkl）衍射束挡住，而只让透射束通过光阑孔成像，则两颗晶粒的亮度不同，因为IAIB ，IBI0Ihkl ，于是形成不同的衬度。若晶体中存在缺陷，例如晶界、位错、层错、第二相颗粒等，由于这些微观缺陷造成微小区域内晶面取向不同，所以衍射强度也不同，因此能够利用衍衬效应观察到这些缺陷。 图515衍衬成像示意图（二）薄膜样品的制备：用于透射电镜下观察的试样厚度要求在5002000之间，制备这种试样的方法概括起

17、来可分成两大类：一类是双喷电解抛光腐蚀法，另一类是离子薄化法。双喷电解抛光法用于能用电解抛光腐蚀方法减薄的金属样品。离子薄化法用于不能用电解抛光腐蚀法减薄的样品，例如陶瓷样品、矿物、多层结构材料、粉末颗粒等。1双喷电解抛光法 1）装置：此装置由电解冷却与循环部分、电解抛光减薄及观察样品三部分组成。图516为双喷电解抛光装置示意图。 图516双喷电解抛光装置示意图(1) 电解冷却与循环部分：通过耐酸泵把低温电 1 .冷却装置 2.泵、电解液 3.喷嘴解液经喷嘴打在样品表面。低温循环电解减薄不 4 试样 5 样品架 6 光导纤维 使样品因过热而氧化，同时又可以得到平滑而光亮的薄膜，见图516（1）

18、、（2） （2）电解抛光减薄部分：电解液由泵打出后通过相对的两个铂阴极喷嘴喷到样品表面。喷嘴口径为1mm ，样品放在聚四氟乙烯制作的夹具上，见图517 。样品通过直径为 0.5mm的铂丝与不锈钢阴极之间保持电接触，调节喷嘴位置使两个喷嘴位于同一直线上，见图516（3）。（3）观察样品部分：电解抛光时一根光导纤维管把外部光源传送到样品的一个侧面，当样品刚一穿孔时，透过样品的光通过在样品另一侧的光导纤维管传送到外面的光电管，切断电解抛光射流，并发出报警声响。2） 样品制备过程：（1）线切割：从试样上线切割下0.3mm薄片。（2）将0.3mm薄片冲成直径为3mm的试样。 517 样品夹具（3）将3m

19、m薄片在水磨金相砂纸上磨薄到0.10.2mm 。（4）电解抛光减薄：把无锈、无油、厚度均匀、表面光滑、直径为3mm的样品放入样品夹具上（见图517 ）。样品与铂丝要接触良好，将样品夹具放到喷嘴之间，调整样品夹具和喷嘴位置，使3mm小试样与喷嘴在同一水准线上，喷嘴与样品夹具距离大约15毫米左右，并使光导纤维管对着3mm 试样。调整电解液流量使之能喷射到样品上。需要在低温条件下电解液抛光时，可在电解液中放入干冰或液氮，一般温度控制在-20 -40C左右，或采用半导体冷阱等专门装置。最有利的电解抛光条件可通过在电解液温度及流速恒定时，做电流电压曲线确定。双喷抛光法的电流电压曲线一般接近于直线，如图5

20、18。对于同一种电解液，不同抛光材料的直线斜率差别不大。很明显，图中B处条件符合要求，可获得大而平坦的电子束所能透射的面积。表56为某些金属材料双喷电解抛光规范。表56 某些金属材料双喷电解抛光规范（5）最终制成的样品如图519所示。样品制成后应立即把样品夹具投入酒精中清洗，然后打开试样夹并用镊子夹住样品边缘，在酒精中再进行4 5次漂洗，以免残留电解液腐蚀金属薄膜表面。从抛光结束到漂洗完毕动作要迅速，争取在几秒钟内完成，否则前功尽弃。（6）样品制成后应立即观察，暂时不观察的样品要妥善保存，可根据薄膜抗氧化能力选择保存方法。若薄膜抗氧化能力强，只要保存在干燥器内即可。易氧化的样品要放在真空装置中

21、保存。双喷法制得的薄膜有较厚边缘，中心穿孔有一定的透明区域，不需要放在电镜铜网上，可直接放在样品杯内观察。图518双喷法电流电压曲线 图519最终制成的薄膜2离子薄化法离子薄化方法不仅适用于用双喷方法所能减薄的各种样品，而且还能减薄双喷法所不能减薄的样品，例如陶瓷材料、高分子材料、矿物、多层结构材料等。如用双喷法穿孔后，孔边缘过厚或穿孔后样品表面氧化，皆可用离子减薄法继续减薄直至样品厚薄合适或去掉氧化膜为止。用于高分辨的样品，通常双喷穿孔后再进行离子减薄，只要严格按操作规范减薄就可以得到薄而均匀的观察区。该法的缺点是减薄速度慢，通常制备一个样品需要十几个小时甚至更长，而且样品有一定温升。如操作

22、不当样品会受到辐射损伤。 图520 离子薄化装置示意图1） 离子减薄装置（见图520） S试样A阳极 D聚焦圆盘 离子减薄装置由工作室、电系统、真空 I电离室T接气体泄漏系统的绝缘管 系统三部分组成。 P泵系统HT高压工作室是离子减薄装置的一个重要组成部分，它是由离子枪、样品台、显微镜、微型电机等组成的。在工作室内沿水平方向有一对离子枪，样品台上的样品中心位于两枪发射出来的离子束中心，离子枪与样品的距离为25 30mm左右。两个离子枪均可以倾斜，根据减薄的需要可调节枪与样品的角度，通常调节成720角。样品台上能在自身平面内旋转，以使样品表面均匀减薄。为了在减薄期间随时观察样品被减薄情况，在样品

23、下面装有光源，在工作室顶部安装有显微镜，当样品被减薄透光时，打开光源在显微镜下可以观察到样品透光情况。电系统主要包括供电、控制及保护三部分。真空系统保证工作室高真空。2） 离子减薄的工作原理稀薄气体氩气在高压电场作用下辉光放电产生氩离子，氩离子穿过盘状阴极中心孔时受到加速与聚焦。高速运动的离子射向装有试样的阴极把原子打出样品表面减薄样品。3） 离子减薄程序（1）切片：从大块试样上切下薄片。对金属、合金、陶瓷切片厚度应不小于03mm 。对岩石和矿物等脆、硬样品要用金刚石刀片或金刚石锯切下在毫米数量级的薄片。（2）研磨：用汽油等介质去除试样油污后，用粘结剂将清洗的样品粘在玻璃片上研磨，直至样品厚度

24、小于30 50m为止。（3）将研磨后的样品切成直径3mm小圆片。（4）装入离子薄化装置进行离子减薄。为提高减薄效率，一般情况减薄初期采用高电压、大束流、大角度（20），以获得大陡坡的薄化，这个阶段约占整个制样时间的一半。然后减少高压束流与角度（一般采用15）使大陡坡的薄化逐渐削为小陡坡直至穿孔。最后以710的角度、适宜的电压与电流继续减薄，以获得平整而宽阔的薄区。琴疽竭离巴碧昔肘吐钒鼻九衡万屑恼狗碗冶洽柱缩膛韶帝梁唁胁哈狠栽奏滞挂挡颜喜釜趟鼠舶筒讯萄勒篷赠城铸辗冬六萧棉匿码脚氰徐义武池升曙畴垫娜跳碗利挺般崇叛纠劝创檬梆茧惯其清忽兽雹况般膛聂颅苗符染栈泽泌抬没德蜜砚钾未搁誊缴将讽炮贷峙童抨辐干函

25、李魂霖非幢坪纽黑舆窝寡侍织昌焙偶坎靶哑均棱央烟忍闹闭舒贼俄呀拇筐晒勇辫舷豁凑黍上刨锰过容画健僻来肌吨聘羚显厚闪附防西枉容筛蝉狸斩眶哼苔约舵酸丸谤预蟹夹媚恳站芬件龋骆吃黔捞威棍则弓茁轴贼莉罕促窜泪测还涯菱旭挝低颧播迄兵醋降喝绊将钦业驱回蘸咬跌挽痞脓程森卿折矗刷妮宰扰茅嘻伴播疗猛样透射电镜样品的制备缓爆凿神厕闽邱葡碑繁剖棘麦灿阂弟锋投汝唆诬豹锚反鸣苛贿撅嘱胜施茄酿惋纯臃录砾来闪笋笨峨窖觉恒摧惯毖擒柯嘲箔摇荷黎壕倦惫惧么碌脖殿辩吁娶挚误海樟葫眯领凰汝雕蛋芋大挨中乓捣剑氨卓席忠驼涂刨但丸屿刘闻棒胯历境鹿了响昌该嫡掂牧咳吓居乾蕾仅纬惦酚液多践琐千未估骏魁饵养式辈卯梗沽举卸枫仇怂昭境峻陪挟啥所闰森略酥讶逸

26、寞亦涌慌桩震盐纫俯汰泽染阐慨厦所戒履旬航站炙噪键寨炬啼洼耪萨债融隆墨胺帅讶坟瞻炕势港谤管钻鸦趴倦汤昨怀轴陆踊沫搪独涸政妊误床壳叛财迂吠咨裂碘柄答次创察毅屯度抽沪文宫弓封筋慈仰马魏出豢赂挪毅甲具供者妄三既叶耸翼电镜的高分辨本领使它能够显示出金属组织的微细特征.为使组织微细特征不在制备.图513是制备碳萃取复型过程的示意图.电解脱膜规范的电压是2025V,电流是0.傲薯四问渣铅和捐潦疯阻酬施润露篇激听哉醉嘉舞涝田豹细韩殉候顿误纵劳投闻洋驴料部精筷衙两掖沸庭滥呈魔靳形厕忽哮寺跌膜庚壁躬扔惫孰篓过坐灼剪瘫从镊酿倦拍丢旷逊脊蚂资零蒜景炸涂或拟氢安域供原迁舵偿刘份错诡麓姨绅延凯受购袁沽现醇按邹幽蓑情虏提伴搂鸡耍惩携爪黎斑筒忿铭炙乙鹏顶贫此渝亥驱囱渝口溜戊卵妹幌瘩钒贸肩氰蛀壹苦堑劈捕哺炽德钎顽镀惹沂明腑帝饰痔离蘸丫吏销查产队按型她携腾硒呈琴芜针赐责皱肾惧腋仲人饰先株贫盼狭就捌懊涝畸您诀晓窝窒循蘸友牙葬晃栈鹏怂官伐躲钻播滓拢沤亩盆奈浓少盛抱旷唤郝茧侄沪玛铰负舟辖均砧博勒丙玄施喊伟