İlk ticari taramalı elektron mikroskobunun 1965'te ortaya çıkmasından bu yana, 40 yıllık sürekli iyileştirmenin ardından, taramalı elektron mikroskobunun çözünürlüğü ilkinin 25 nm'sinden 0.01 nm'ye yükseldi. Çoğu taramalı elektron mikroskobu, yüzey mikro dünyasının kapsamlı bir analizi haline gelen X-ışını spektrometresi ve X-ışını enerji spektrometresi ile birleştirilebilir. Çok işlevli elektron mikroskobu aleti. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), çeşitli bilimsel alanlarda ve endüstriyel sektörlerde yaygın olarak kullanılan güçlü bir araç haline geldi. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), jeoloji, biyoloji, tıp, metalürji, mekanik işleme, malzeme, yarı iletken üretimi ve seramik denetimi gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Taramalı elektron mikroskobu (SEM), malzeme alanında son derece önemli bir rol oynamaktadır. Çeşitli malzemelerin morfolojisi, arayüz durumu, hasar mekanizması ve malzeme performans tahmini çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), kristal kusurlarını ve bunların üretim sürecini doğrudan incelemek için kullanılabilir. Metal malzemelerdeki atomların toplanma modunu ve gerçek sınırlarını gözlemleyebilir. Farklı koşullar altında sınırların hareket modunu da gözlemleyebilir. Yüzey işlemede kristalin neden olduğu hasarı ve radyasyon hasarını da kontrol edebilir.

Taramalı Elektron Mikroskobunun Çalışma Prensibi

Application of Scanning Electron Microscope in Material Analysis 2

Taramalı elektron mikroskobunun çalışma prensibi şekilde gösterilmiştir.

Şekil 1 Taramalı elektron mikroskobu şematik diyagramı

Taramalı elektron mikroskobu (SEM), bir elektron tabancasından yayılan elektron ışınlarından oluşur. Hızlandırılmış voltajın etkisi altında, elektron ışınları, 5 nm çapında bir elektronik optik sistem oluşturmak için bir manyetik mercek sisteminde birleşir. İki veya üç elektromanyetik mercekten sonra, elektron demetleri, numunenin yüzeyine odaklanan ince bir elektron demetinde birleşir. Nihai merceğin üst tarafına, elektron ışınının numunenin yüzeyinde tarandığı bir tarama bobini monte edilmiştir. Yüksek enerjili elektron ışınları ve numune malzemeleri arasındaki etkileşim nedeniyle, çeşitli türde bilgiler üretilir: ikincil elektronlar, geri yansıma elektronları, absorpsiyon elektronları, X-ışını, Auger elektronları, katodolüminesans ve transmisyon elektronları. Bu sinyaller ilgili alıcı tarafından alınır, yükseltilir ve resim tüpünün parlaklığını modüle etmek için resim tüpünün kapısına gönderilir. Tarama bobinindeki akım, resim tüpünün parlaklığına karşılık geldiği için, yani elektron ışını numune üzerinde bir noktaya çarptığında, resim tüpünün ekranında parlak bir nokta belirir. Bu şekilde, taramalı elektron mikroskobu (SEM), bir görüntü çerçevesini tamamlamak için örnek yüzeyinin farklı özelliklerini orantılı olarak video sinyallerine dönüştürmek için noktadan noktaya görüntüleme yöntemini kullanır, böylece çeşitli karakteristik görüntüleri gözlemleyebiliriz. Floresan ekranda numune yüzeyi.

Taramalı Elektron Mikroskobu Eki

Taramalı elektron mikroskobu (SEM) genellikle bir spektrometre veya bir enerji spektrometresi ile donatılmıştır. Spektrometre, X-ışınlarını numuneden uyarmak ve bunları uygun kristallerle ayırmak için Bragg denklemi 2dsin'i (= () kullanır. Farklı dalga boylarına sahip karakteristik X-ışınları, 2'lik farklı kırılma açılarına sahip olacaktır (). Spektrometre, aşağıdakiler için güçlü bir araçtır: mikro alan bileşen analizi Spektrometrenin dalga boyu çözünürlüğü çok yüksektir, ancak X-ışınının düşük kullanımı nedeniyle uygulama aralığı sınırlıdır.Enerji spektrometresi, X-ışını kuantumunun enerji farkına dayalı bir element analizi yöntemidir. Bir element için, X-ışını kuantumu ana kuantum sayısı mide N1'den ana kuantum sayısı n2'ye geçtiğinde, belirli bir enerji vardır (=(n1-(n2)). Enerji dağılımlı spektrometre yüksek çözünürlüklü ve hızlı analiz hızına sahiptir. , ancak çözünürlük yeteneği zayıf.Çoğu zaman çakışan çizgiler vardır ve düşük içerik için öğe analizinin doğruluğu çok zayıftır.

Spektrometreler ve enerji spektrometreleri birbirinin yerine geçemez, birbirini tamamlar.

Taramalı Elektron Mikroskobunun Malzeme Biliminde Uygulanması

Malzemelerin Yüzey Morfolojisinin Gözlemlenmesi

Application of Scanning Electron Microscope in Material Analysis 3

ŞEKİL 1 SICAK HADDELENMİŞ Mg YANDAN SOYMA YÜZEYİNİN SEM MORFOLOJİSİ

Sıcak haddelenmiş Al-Mg kaplı sacın Mg tarafı soyulma yüzeyinin SEM morfolojisi (haddeleme sıcaklığı 400 C, indirgeme oranı 45%) Şekil 1'de gösterilmektedir. Grafikten, çok sayıda yırtılma kenarı ve platform olduğunu açıkça görebiliriz. soyma yüzeyinde ve yırtma platformunda çok sayıda küçük radyal şeritler ve çukurlar vardır.

Malzemeyi Gözlemlemenin İkinci Aşaması

Application of Scanning Electron Microscope in Material Analysis 4

Şekil 2 SEM ile AZ31 Magnezyum Alaşımının Yüksek Güçlü Mikro Yapısı

It can be clearly seen from Fig. 2 that the size of the second phase Mg17Al12 after fragmentation is about 4 m, and there are many dispersed small particles near the “bulk” Mg17Al12 with the size of about 0.5 m. This is the second phase Mg17Al12 precipitated from the supersaturated solid solution of a-Mg base during the cooling process after hot rolling, showing the fineness of this morphological distribution. Biphasic Mg17Al12 can effectively inhibit dislocation movement, improve material strength and play the role of dispersion strengthening, but will not significantly reduce the plasticity of AZ31 magnesium alloy.

Malzeme Arayüzünün Gözlemlenmesi

Application of Scanning Electron Microscope in Material Analysis 5

Şekil 3 Mg/Al haddeleme arayüzü hat taraması [1]

Şekil 3, Mg/Al yuvarlanan kompozit arayüzün bir çizgi tarama görüntüsüdür. Grafikten, Mg ve Al arasındaki arayüz üzerinden çizgi taramasının elde edilebileceğini görebiliriz. Al tarafında Mg içeriği düşüktür ve Mg tarafında Al neredeyse sıfırdır. Bununla birlikte, arayüzde, Mg ve Al'nin yaklaşık yarısı oluşur, bu da arayüzde difüzyonun meydana geldiğini ve Mg ve Al'yi oluşturduğunu gösterir. Difüzyon tabakası.

Malzeme kırılmasının gözlemlenmesi

Tarama Analizinde Elektron Mikroskobu Uygulaması 6

(a) Döküm olarak  

Application of Scanning Electron Microscope in Material Analysis 7

 (b) Sıcak haddelenmiş

Şekil 4 AZ31 Magnezyum Alaşımının Çekme Kırılması Morfolojisi

Dökme AZ31 magnezyum alaşımının çekme kırılmasının SEM tarama morfolojisi Şekil 3-6'da gösterilmektedir. Şekil 4 (a)'dan, bariz yarılma kırılma platformları ve son yırtılma noktasında, temelde zayıf plastisiteye sahip yarı yarılma kırılması olan birkaç çukur olduğu görülebilir. Bunun nedeni, dökme AZ31 magnezyum alaşımının tane sınırında, çekme deformasyonu sırasında çatlaması ve çatlak kaynağı oluşturması kolay, büyük bir kırılgan ikinci faz Mg17Al12 olmasıdır. Sıcak haddelenmiş AZ31 magnezyum alaşımının kırılma morfolojisi, bariz boyunlanma olgusunu gösterir. Şekil 4(b)'de gösterildiği gibi, AZ31 magnezyum alaşımının makro kırılma morfolojisi, çukur boyutu 5 ila 20 m arasında değişen sünek kırılma morfolojisi gösterir.

son sözler

Taramalı elektron mikroskobu (SEM), malzeme biliminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sadece malzeme biliminin yukarıdaki yönlerinde değil, aynı zamanda metallerin yorulma arızasında ve safsızlıkların morfolojik gözleminde de kullanılabilir. Malzemeler alanında uzmanlaşan bir öğrenci olarak, taramalı elektron mikroskobunun çalışma prensibini ve uygulamasını anlamalı ve kapsamlı ve titiz bir malzeme çalışması yürütmek için bilimsel araştırmamızda taramalı elektron mikroskobu aracını tam olarak kullanmalıyız.