电子显微分析-4.pptxVIP

扫描电子显微镜的像衬度及其应用 一 、表面形貌衬度的原理 表面形貌衬度是扫描电子显微镜最经常遇到的衬 度机制 。它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信 号作为调制信号得到的一种像衬度 。二次电子和背散 射电子对样品微区刻面相对于入射电子束的位向十分 敏感 ， 因此它们都能用于显示样品表面形貌特征 。二 次电子像的分辨率比背散射电子像高得多 ， 而且当样 品中微区的原子序数大于20时 ， 二次电子的产额随原 子序数无明显变化 ， 也就是说 ， 在这种情况下获得的 二次电子像 ， 其衬度完全表征着样品形貌的特征 。 由 此可见 ， 二次电子像尤其适用于显示形貌衬度。 在扫描电子显微镜中 ， 平面样品法线与入射电子束轴线 之间夹角为样品倾斜角 ， 当入射电子电流ip为一定值 时 ， 二次电子电流is随 角增大而增大 。若用二次电子 产额(或称二次电子发射系数) 来表示每个入射的初始 电子能激发出的二次电子数目 ， 则 如果样品是由的 四个小刻面A 、B、 C 、D所组成的 ， 由 于 D ＞ A= C ＞ B 所以 D ＞ A= C ＞ B ， 结果在荧光屏或 照片上D小刻面的像 最亮； A 、C面的亮 度相等 ， 稍暗； B小 刻面最暗。 随样品倾斜角 增大 ， 入射电子束激发体积靠近 、甚至暴露 于表层 ， 激发体积内产生的大量自由电子离开表层的机会增多。 因此 ， 样品表面尖棱(A) 、小粒子(B) 、坑穴边缘(C和D)等部位 ， 在电子束作用下产生比样品其余部位高得多的二次电子信号强度， 所以在扫描像上这些部位显示异常亮的衬度。 表面形貌衬度的应用 断口形貌的观察 1 、解理断口 解理断裂是金属在正应力作用下 ， 原子间结合健的破坏而造成的 穿晶断裂 ， 通常是沿一定的严格的晶面(称为解理面)断裂 ， 有时 也可以沿着滑移面或孪晶面发生解理断裂 ， 一般是脆性断裂。 典型的解理断口具有以下特点： 解理台阶： 解理常沿着一族互相平行 、位于不同高度的晶面(即 具有相同晶面指数)以不连续方式裂开 。在不同高度解理面之间存 在台阶 ， 称之为“解理台阶 ”。在解理裂纹的扩展过程中 ， 众多 的台阶相互汇合便形成“河流花样 ”。它由“上游 ”许多较小的 台阶汇合成“ 下游 ”较大台阶 。“河流 ”的流向与裂纹扩展方向 一致 ， 其相反方向指向裂纹源 ， 因此 ， “河流花样 ”是解理断裂 最重要的特征。 铸钢的解理断口 ， SE 舌状花样： 也是解理断裂的重要特征之一 。它是由于体心立方晶 体沿着孪晶面产生二次解理所致 。 由于“舌 ”的形状关系 ， 当一 侧面朝向检测器时 ， 另一侧就背向检测器 ， 加上倾斜角不一样 ， 因此在扫描电子显微镜图像上 ， 解理舌的一侧显得亮 ， 而另一侧 则暗。 35CrNiMoA钢的萘状断口 2 、准解理断口 这种断口首先在回火的马氏体钢中发现 。从宏观上看 ， 比较 平整 ， 基本上无塑性变形 ， 呈脆性状态 。这种断裂是穿晶断裂， 在断口上常可观察到一些断裂“ 小平面 ”， 称为准解理面 。“ 小 平面 ”与“ 小平面 ”之间由较大的塑性变形联接 ， 形成撕裂棱线。 其断口特征是： 许多短而弯曲的撕裂棱线条 ， 由点状裂纹源向 四周放射的河流花样 ， 断面上有凹陷和二次裂纹等。 3 、韧窝断口(即延性断口) 断裂由微孔聚集方式进行时 ， 断面上出现微坑 ， 称为韧窝。 由于夹杂物 、第二相等微小粒子与基体的弹塑性不同 ， 因此在形 变过程中 ， 常优先在它们的界面处形成显微孔洞 。这些显微孔洞 在三维轴向拉应力作用下 ， 逐渐长大 、聚结 ， 直至材料发生缩颈 和破断 。 由于扫描电子显微镜景深大 ， 二次电子像能够清晰地显 示微坑底部的夹杂物或第二相粒子。 4 、 晶间断裂断口 晶间断裂(或称沿晶断裂)指的是多晶体沿晶粒界面彼此分离。 它是由于外部环境或由于析出相 、夹杂物和元素在晶界偏析使晶 界弱化而引起的晶界脆断 。氢脆 、应力腐蚀 、蠕变 、过热 、高温 回火脆性以及焊接热裂纹等常发生晶间断裂 。 由于晶体是多面体 ， 因此晶间断裂断口的主要微观特征是有晶界刻面的冰糖状形貌， 碳化物析出引起的晶间脆断 淬火钢的氢脆断口 陶瓷材料断口 5 、疲劳断口 在交变载荷作用下 ， 经多次循环后发生的断裂称为疲劳断裂 。 其断口呈现出一系列大体互相平行的 ， 波浪形的疲劳条纹 。从宏 观上看 ， 典型的疲劳断口有三个区域： 疲劳核心区(疲劳源) 、疲 劳裂纹扩展区和瞬时破断区 。疲劳核心区在低倍下大致能判断其