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材料的现代分析测试方法本讲稿第一页，共四十一页材料的现代分析测试方法第一章 扫描电子显微镜(SEM)第一节 概述本讲稿第二页，共四十一页第二节电子束与固体样品相互作用本讲稿第三页，共四十一页一背散射电子二二次电子三吸收电子四透射电子本讲稿第四页，共四十一页五特征射线六俄歇电子七阴极荧光八电子束感生电效应电子束感生电导信号电子束感生电压信号本讲稿第五页，共四十一页本讲稿第六页，共四十一页第三节 SEM工作原理本讲稿第七页，共四十一页第四节 SEM的构造本讲稿第八页，共四十一页一.电子光学系统组成:电子枪,电磁聚光镜,光阑,样品室等.作用:用来获得扫描电子束,作为 使样品产生各种物理信号的 激发源.本讲稿第九页，共四十一页1.电子枪2.聚光镜(电磁透镜)3.光阑4.样品室本讲稿第十页，共四十一页用于SEM的电子枪有两种类型热电子发射型:普通热阴极三极电子枪 六硼化镧阴极电子枪 场发射电子枪:冷场发射型电子枪 热场发射型电子枪本讲稿第十一页，共四十一页几种类型电子枪性能本讲稿第十二页，共四十一页二.扫描系统组成:扫描信号发生器、放大控制器等 电子学线路和相应的扫描线圈。作用:提供入射电子束在样品表面上以 及阴极射线管电子束在荧光屏上 的同步扫描信号;改变入射电子 束在样品表面扫描振幅，以获得 所需放大倍数的扫描像。本讲稿第十三页，共四十一页三.信号检测放大系统作用：检测样品在入射电子束作 用下产生的物理信号，然 后经视频放大，作为显象 系统的调制信号。本讲稿第十四页，共四十一页检测器类型1.电子检测器：由闪烁体、光导管和光电倍增器组成。2.阴极荧光检测器：由光导管、光电倍增器组成。3.X射线检测系统：由谱仪和检测器两部分组成。本讲稿第十五页，共四十一页四.图象显示和记录系统组成：显示器、照相机、打印机 等。作用：把信号检测系统输出的调 制信号转换为在阴极射线 管荧光屏上显示的样品表 面某种特征的扫描图象，供观察或照相记录。本讲稿第十六页，共四十一页五.电源系统组成：稳压、稳流及相应的安全 保护电路等。作用：提供扫描电子显微镜各部 分所需要的电源。本讲稿第十七页，共四十一页六.真空系统组成：机械泵、扩散泵、空压机、电磁阀及相应的真空管路等。作用：建立能确保电子光学系统正 常工作、防止样品污染所必 须的真空度。本讲稿第十八页，共四十一页 第五节 SEM的主要性能一.分辨率 分辨率的主要决定因素:1.电子束斑直径2.入射电子束在样品中的扩展效应3.信噪比本讲稿第十九页，共四十一页漫散射漫散射的深度与原子序数有关本讲稿第二十页，共四十一页二.放大倍数显微镜的放大倍数:象与物大小之比TEM和OM:M总=MM式中：M各个透镜的放大倍数n 透镜数目本讲稿第二十一页，共四十一页SEM中透镜的作用：l缩小电子束交叉斑l总的缩小倍数：M 缩小=(1/M)(1/M2)(1/Mn)SEM图象放大倍数:显象管荧光屏边长 .电子束在试样上(相同方向)扫描宽度 本讲稿第二十二页，共四十一页三.景深本讲稿第二十三页，共四十一页第六节 SEM的样品制备lSEM对样品的最重要的要求是样品要导电.一.导电材料试样制备二.非金属材料试样制备三.生物医学材料试样制备本讲稿第二十四页，共四十一页一.导电材料试样制备1.试样尺寸尽可能小些，以减轻仪器污染和保持良好真空。2.切取试样时，要避免因受热引起试样塑性变形，或在观察面生成氧化层；要防止机械损伤或引进水、油污及尘埃等污物。本讲稿第二十五页，共四十一页3.观察表面，特别是各种断口间 隙处存在污物时，要用无水乙 醇、丙酮或超声波清洗法清理 干净。4.故障构件断口或电器触点处存 在的氧化层及腐蚀产物，不要 轻易清除。本讲稿第二十六页，共四十一页二.非金属材料试样制备1.在试样表面上蒸涂或沉积一层导电膜。碳、金、银、铬、铂和金钯合金等均可做导电膜材料。2.导电膜应均匀、连续，厚度为200300。本讲稿第二十七页，共四十一页三.生物医学材料试样制备l清洗、固定l脱水、干燥l导电处理等本讲稿第二十八页，共四十一页第七节 SEM的应用一.在金属材料方面的应用二.在高分子材料方面的应用三.在石油、地质、矿物方面的应用四.在半导体器件及集成电路方面的应用五.在生物医学上的应用本讲稿第二十九页，共四十一页一.在金属材料方面的应用l断口分析：解理断口、准解理断口、韧性断裂、沿晶断裂等.l铸铁研究：铸铁中的石墨形态、铸铁中化学成分的微区分析.l事故、故障分析本讲稿第三十页，共四十一页第二章 电子探针显微分析仪(EPMA)第一节 概述本讲稿第三十一页，共四十一页第二节 特征X射线检测一.波谱法(WDS)1.原理布拉格方程:2dsin=n式中:特征X射线波长；布拉格角 d 分光晶体晶面间距 n 衍射级数本讲稿第三十二页，共四十一页莫塞莱定律：式中：k、h、常数 c 光速 z 原子序数 波长本讲稿第三十三页，共四十一页2.波谱仪组成 检测系统 放大系统 信号处理系统 显象系统等本讲稿第三十四页，共四十一页波长分散法原理图本讲稿第三十五页，共四十一页波长色散X射线谱仪示意图本讲稿第三十六页，共四十一页二.能谱法(EDS)1.原理式中：E X光子能量 特征X射线波长 c 光速 h 普朗克常数本讲稿第三十七页，共四十一页2.能谱仪组成 检测系统 信号放大系统 数据处理系统 显示系统本讲稿第三十八页，共四十一页X射线能谱仪的基本组成本讲稿第三十九页，共四十一页三.波谱仪与能谱仪比较l与波谱仪相比，能谱仪的优点：1.分析速度快.2.分析灵敏度高.3.结构紧凑、稳定性好.本讲稿第四十页，共四十一页三.波谱仪与能谱仪比较l与波谱仪相比，能谱仪的缺点：1.能量分辨率低.2.峰背比差、检测极限高，定量 分析精度差.3.Be窗.4.LN2冷却.本讲稿第四十一页，共四十一页
