【半导体形貌及成分表征】ZEM系列台式扫描电镜在陶瓷材料中的应用


发布时间:

2024-03-20

陶瓷是一种常见的无机非金属材料,由于其优异的物理化学性能,在航空航天、电子信息、生物医药、高端装备制造等高端科技领域随处可见

陶瓷是一种常见的无机非金属材料,由于其优异的物理化学性能,在航空航天、电子信息、生物医药、高端装备制造等高端科技领域随处可见。如制造电子线路中的电容器用的电介质瓷,制造集成电路基片和管壳用的高频绝缘瓷等。陶瓷材料以其独特的声、光、热、电、磁等物理特性和生物、化学以及适当的力学等特性,在相应的工程和技术中起关键作用。

陶瓷材料的性能取决于粉体的化学成分、物相组成、粒度级配和显微形貌。其中,粒径和比表面积是两个重要的表征指标。扫描电子显微镜(SEM)以其独特的成像和分析能力,成为陶瓷材料研究中不可或缺的重要工具。与大型扫描电镜相比,泽攸科技ZEM系列台式扫描电子显微镜体积小巧、操作简便、性价比高,可方便地分析粉体原料的微观形貌,揭示粒径和比表面积之间的关系,被广泛应用于陶瓷材料领域。

>>ZEM系列台扫在陶瓷材料分析中的应用

图1 观察陶瓷材料形貌、分散性

陶瓷材料的初始形貌和分散情况直接影响后续制备工艺和材料性能。通过台式扫描电镜对粉体进行观察,可评价其尺寸分布、形状、团聚程度等,优化粉体制备和分散工艺。图1展示了两种不同形貌的陶瓷材料。

此外,陶瓷烧结过程中需要预留足够的开气孔以利气体逸出,过度致密则会导致夹气缺陷。利用ZEM系列台式扫描电镜观察陶瓷坯体在不同温度下的微观结构变化,可以确定最佳烧结温度和保温时间,避免气孔闭卷等缺陷。

图2 烧结陶瓷晶粒元素分析

陶瓷烧结体的晶粒形貌、大小等直接影响材料的力学和功能性能。采用台扫结合EDS能谱,用来对陶瓷材料微区成分元素种类与含量进行分析,为改善陶瓷性能指明方向。图2给出了一种陶瓷晶粒元素分析的结果。

陶瓷烧结体的晶粒形貌

ZEM系列台式扫描电镜成像分辨率高、视场大、样品制备简单,非常适合对陶瓷材料表面缺陷如气孔、夹杂、开裂等进行快速表征。缺陷的类型、位置、大小和分布规律将直接影响材料的综合性能。图3显示了陶瓷基复合材料表面存在细微气孔缺陷。

图3 表面缺陷分析

对于已失效或试验后破坏的陶瓷材料,利用ZEM台式扫描电镜对其断口形貌进行分析可以揭示材料的断裂机理。图4显示了一种刀口陶瓷断裂时的解理断裂形貌,沿晶断裂是其主要失效模式。此外,通过能谱对断口成分进一步分析,还可以确认导致断裂的致命缺陷种类。

图4 断裂形貌分析

作为一种性能优异、操作便捷的先进分析手段,ZEM系列台式扫描电镜在陶瓷材料研究领域展现出了广阔的应用前景。通过对实例的分析可以看出,台式扫描电镜不仅可以用于陶瓷材料制备工艺的优化,对工艺参数和操作流程的科学把控提供了重要支持,而且还可以对陶瓷材料的缺陷和失效行为进行分析,揭示潜在原因,避免类似失效的发生。

此外,ZEM系列台式扫描电镜还是开发新型功能陶瓷和生物医用陶瓷的重要利器,通过微观结构的高分辨观察和表征,为设计开发性能优异的陶瓷材料提供了直接依据。

泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜