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掃描電子顯微鏡SEM在失效分析中的應(yīng)用

掃描電子顯微鏡介紹

掃描電鏡是用極細(xì)的電子束在樣品表面掃描，將產(chǎn)生的二次電子用特制的探測器收集，形成電信號運送到顯像管，在熒光屏上顯示物體表面的立體構(gòu)像，可攝制成照片。掃描電子顯微鏡，被廣泛應(yīng)用于對各種材料的形貌、結(jié)構(gòu)、界面狀況、損傷機制以及材料性能預(yù)測等方面，可以直接觀察材料內(nèi)部原子的集結(jié)方式和真實的邊界，研究晶體缺陷等，從而分析得出失效原理。

定義及原理

掃描電鏡涉及了電子光學(xué)技術(shù)、真空技術(shù)、精細(xì)機械結(jié)構(gòu)以及計算機控制技術(shù)，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)組合。其利?電?束在樣品表現(xiàn)進(jìn)行掃描，同時利用探測器接收電子束在樣品上激發(fā)的各種信號，并利用信號檢測放大系統(tǒng)輸出調(diào)制信號轉(zhuǎn)換且現(xiàn)在在顯示系統(tǒng)生成像。

這些信號主要有二次電子，用于形貌觀察；背散射電子、特征X射線、俄歇電子，用于成分分析。

實際應(yīng)用及案例

1、SEM金相分析

失效分析的基礎(chǔ)是做好正確的金相分析，對于各種光學(xué)顯微鏡不能夠分辨的基本顯微組織，如屈氏體，隱針馬氏體等等，其次是對顯微組織精細(xì)結(jié)構(gòu)的分析，如上貝氏體中鐵索體和滲碳體兩個相的形態(tài)，條狀馬氏體的細(xì)長板條狀的立體形態(tài)等。各種金屬之間的化合物相、碳化物相、硼化物相以及氮化物相等、金相分析一般在低倍分析及光學(xué)顯微鏡分析的基礎(chǔ)上結(jié)合結(jié)構(gòu)分析(如X射線衍射分析、電子衍射分析等)和微區(qū)成分分析(如波譜儀、能譜儀等等)等完成的。

2、SEM在斷口分析中的應(yīng)用

使用掃描電鏡進(jìn)行缺口分析，在掃描電鏡在失效分析中比較主要的應(yīng)用，利用SEM對斷裂機理進(jìn)行分析歸類，明確斷裂的類型，并且對裂紋源位置和擴(kuò)展方向的判定，明確金屬材料的主要斷裂機理。另外還有熱處理脆性等，雖然從斷裂的機理分析并不是新的斷裂形式，但在失效分析中應(yīng)用較多，如利用SEM分析鋼的第二類回火脆性的晶界弱化及第二相的沉淀等。


3、SEM在磨損失效分析中的應(yīng)用

利用SEM主要對磨損表面及磨損產(chǎn)物等進(jìn)行分析，磨損表面攜帶了磨損最主要的信息，磨損表面形貌有：擦傷、犁溝、點蝕、剝層、微動咬蝕及氣蝕魚鱗坑等。磨損產(chǎn)物主要有正常磨粒、疲勞剝塊、球粒、層狀磨粒、嚴(yán)重磨粒、切削磨粒、腐蝕磨損微粒、氧化顆粒、暗金屬氧化物磨粒、有色金屬磨粒、非金屬晶體及非金屬非晶體等。磨損產(chǎn)物的分析可以結(jié)合鐵譜技術(shù)、體視技術(shù)、結(jié)構(gòu)、成分分析等。

4、腐蝕失效

金屬腐蝕失效會在表面或斷口上留下各種腐蝕產(chǎn)物，其特點及相關(guān)形貌有：均勻腐蝕、斑點腐蝕、膿瘡腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、穿晶腐蝕等，一般情況通過宏觀檢驗及光學(xué)顯微鏡分析，也可以利用SEM進(jìn)行分析。

總結(jié)：

如果作為失效分析判斷的一大標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)掃描電子顯微鏡分析所得到的結(jié)果，作進(jìn)一步的分析和推斷，幫助失效分析的工作實施更為針對性的改進(jìn)和預(yù)防措施。廣東省華南檢測技術(shù)有限公司專注于工業(yè)CT 檢測、失效分析、材料分析檢測、芯片鑒定、芯片線路修改、晶圓微結(jié)構(gòu)分析、可靠性檢測、逆向工程、微納米測量等專業(yè)技術(shù)測服務(wù)，檢測服務(wù)電話：13926867016。