扫描电镜结构与断口观察.pdf

扫描电镜结构与断口观察 一、 实验目的： 1、了解扫描电镜的基本结构，成相原理； 2、掌握电子束与固体样品作用时产生的信号和各种信号在测试分析中的作用； 3、了解扫描电镜基本操作规程； 4、掌握扫描电镜样品制备技术； 5、掌握韧性断裂、脆性断裂的典型断口形貌。 二、 实验原理： 1、 扫描电子显微镜的构造和工作原理： 扫描电子显微镜 (Scanning Electronic Microscopy, SEM)。 扫描电镜是介于透射电镜 和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数， 20-30 万倍之间连续可调；②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； ③试样制备简单。 目前的扫描电镜都配有 X 射线能谱仪装置， 这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析， 因此它像透射电镜一样是当今十分 有用的科学研究仪器。 扫描电子显微镜是由电子光学系统， 信号收集处理、 图象显示和记录系统， 真空系统三 个基本部分组成。 其中电子光学系统包括电子枪、 电磁透镜、 扫描线圈和样品室。 扫描电子显微镜中的各 个电磁透镜不做成相透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。一般有三个聚光镜， 前两个是强磁透镜， 可把电子束缩小； 第三个透镜是弱磁透镜， 具有较长的焦距以便使样品 和透镜之间留有一定的空间， 装入各种信号接收器。 扫描电子显微镜中射到样品上的电子束 直径越小，就相当于成相单元的尺寸越小，相应的放大倍数就越高。 扫描线圈的作用是使电子束偏转， 并在样品表面做有规则的扫动。 电子束在样品上的扫 描动作和显相管上的扫描动作保持严格同步， 因为它们是由同一个扫描发生器控制的。 电子 束在样品表面有两种扫描方式， 进行形貌分析时都采用光栅扫描方式， 当电子束进入上偏转 线圈时， 方向发生转折， 随后又有下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。 发生二次偏转的 电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。 在电子束偏转的同时还带用逐行扫描的动作， 电 子束在上下偏转线圈的作用下， 在样品表面扫描出方形区域， 相应地在样品上也画出一帧比 例图像。 样品上各点受到电子束轰击时发出的信号可由信号探测器收集， 并通过显示系统在 显像管荧光屏上按强度描绘出来。如果电子束经上偏转线圈转折后未经下偏转线圈改变方 向，而直接由末级透镜折射到入射点位置， 这种扫描方式称为角光栅扫描或摇摆扫描。 入射 束被上偏转线圈转折的角度越大， 则电子束在入射点上摇摆的角度也越大。 在进行电子束通 道花样分析时，采用这种方式。 样品室内除放置样品外， 还安置信号探测器。 样品台本身是个复杂而精密的组件， 它能 夹持一定尺寸的样品， 并能使样品作平移、 倾斜和旋转等运动， 以利于对样品上每一特定位 置的进行各种分析。 二次电子、 背散射电子、 透射电子的信号都可采用闪烁计数器来进行检测。 信号电子进 入闪烁体后即引起电离， 当离子和自由电子复合后就产生可见光。 可见光信号通过光导管送 入光电倍增器， 光信号放大， 即又转化成电流信号输出， 电流信号经视频放大器放大后就成 为调制信号。 由于镜筒中的电子束和显像管中的电子束是同步扫描的，