離子研磨儀是一種用于處理材料樣品的設(shè)備,常用于掃描電鏡制樣過程中。它通過使用離子束來去除樣品表面的材料,從而制備平整的表面。這種設(shè)備在掃描電鏡和其他材料分析儀器的樣品制備過程中,用于獲得高質(zhì)量的樣品表面以進行分析和觀察。
那么,掃描電鏡在什么情況下需要搭配離子研磨儀?
如果你沒有從掃描電鏡圖片中獲得你想要的信息,在掃描電鏡功能一切正常的前提下,極有可能是樣品制備不夠成功導(dǎo)致的。
以下兩個案例將直觀地說明這個問題:
01 錫球焊接分析
未使用離子研磨儀制樣(飛納臺式電鏡拍攝)
使用離子研磨儀制樣(飛納臺式電鏡拍攝)
說明:如果不使用離子研磨儀,就無法用掃描電鏡觀察到錫球焊接處的缺陷
02 陶瓷
未使用離子研磨儀制樣(飛納臺式電鏡拍攝)
使用離子研磨儀制樣(飛納臺式電鏡拍攝)
說明:如果不使用離子研磨儀,就無法用掃描電鏡觀察到陶瓷晶粒和富集相的正確位置
因此,使用離子研磨儀后,將有助于得到材料表面更豐富更準(zhǔn)確的形貌信息。對于一般的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察,使用傳統(tǒng)的機械研磨即可以達到需要的分析效果,但是對于某些精度要求較高或是機械研磨外部應(yīng)力會產(chǎn)生影響的情況下,使用高精度、無應(yīng)力的、無接觸式的研磨——離子研磨就很有必要。電子行業(yè)通常要求精度較高的結(jié)構(gòu)分析,例如細微失效缺陷分析;或是對處理應(yīng)力有較高要求的缺陷分析,例如樹脂與玻纖布的結(jié)合,銅箔厚度的仲裁測量等;這類情況下傳統(tǒng)的機械研磨就無法再達到預(yù)期的觀察效果。
Part 01 什么是機械研磨?
機械研磨作為常用的粗樣制備手段,通常的機械研磨和拋光會在表面上形成 1 nm 至 100 nm 厚度的非晶層,稱為 Beilby 層。Beilby 層會掩蓋住大部分的樣品真實信息,對掃描電鏡表征產(chǎn)生很大的影響。特別對于常見的金剛石拋光技術(shù),因為它會使表面的晶粒變形,從而影響表征結(jié)果(例如金相樣品)。離子研磨技術(shù)則克服了上述所有困難,從而提供了高分辨率表征所需的表面光潔度。
Part 02 什么是離子研磨?
離子研磨實現(xiàn)的過程中,首先通過一個高壓電極來對氬氣進行電離,從而形成氬離子;繼而再通過一個高壓電場來對氬離子實施加速,經(jīng)過帶有偏轉(zhuǎn)電場的離子槍頭,使其形成離子束對需要研磨的樣品進行轟擊,將樣品表面物質(zhì)以原子的形態(tài)清除出去,以使得樣品達到無應(yīng)力研磨的效果。如圖 1 所示。在整個過程中會調(diào)整一些參數(shù),例如離子能量,離子束入射角,以優(yōu)化樣品制備時間和表面質(zhì)量。
離子研磨原理
臺式場發(fā)射掃描電鏡能譜一體機搭配離子研磨儀,可以輕松高效地研究隱藏在表象下豐富準(zhǔn)確的材料表面形貌成分信息,為用戶帶來最高的性價比體驗。
全自動離子研磨儀 SEMPrep2 最多可配備兩支離子槍。高能量離子槍進行快速切削,低能量離子槍用于表面的精細拋光和清潔,制備適用于制備高品質(zhì)的無損傷樣品??蛇x配更強大的 16 keV 超高能量離子槍用于超硬材料和更快速切削樣本。可選配液氮或 Peltier 冷卻臺,保護對熱敏感的樣品。該設(shè)備具備的氣鎖系統(tǒng),有利于大通量樣本 快速交換,顯著縮短換樣時間。全自動化的操作系統(tǒng),可編程,保存和再現(xiàn)制樣參數(shù),避免不同操作者的造成的人為差異。
下面是臺式場發(fā)射掃描電鏡能譜一體機搭配離子研磨儀應(yīng)用案例。
案例研究一:鋰電池負極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了研究不同循環(huán)次數(shù)與充電速率下鋰電池負極石墨顆粒內(nèi)裂紋的形成,需要對顆粒截面微觀結(jié)構(gòu)進行研究。鋰電池材質(zhì)較軟,機械拋光或切割會破壞顆粒,因此需要離子研磨進行樣品制備以準(zhǔn)確分析材料的微觀結(jié)構(gòu)。
鋰電池負極石墨顆?!词褂秒x子研磨儀制樣(飛納臺式掃描電鏡拍攝)
鋰電池負極石墨顆粒——使用 離子研磨儀切開負極材料粉末顆粒(飛納臺式掃描電鏡拍攝)
案例研究二:鋁合金夾雜物
離子研磨儀處理鋁合金表面后,使用飛納臺式掃描電鏡能譜一體機,即刻就能分析鋁合金材料表面的形貌和成分。夾雜是鑄造鋁合金中普遍存在的問題,夾雜物的檢測對于鑄件的質(zhì)量控制非常重要。