材料微结构分析原理与方法：14 透射电镜样品的制备

1、第2章 透射电子显微镜样品的要求：1）样品必须对电子束是透明的，观察区厚度一般在100nm以下2）具代表性，能真实反映所分析材料的实际特征。2022/7/2612.5 透射电子显微镜样品制备2022/7/262透射电镜样品可按材料的形状分为两大类：粉末（Powder）样品：它主要用于粉末状材料的形貌观察，颗粒度测定，结构分析等。薄膜（Thin film）样品：金属试样的表面复型（Replication）样品:即把待观察试样的表面形貌用非晶物质复制下来的试样。适用于金相组织、断口形貌、形变条纹、磨损表面、第一相形态及分布、萃取和结构分析等。这种样品属于薄膜样品的一种，有专门的制备方法。（已经过时

2、，不做介绍）平面（Plane）薄膜样品:这类样品是把块状材料加工成对电子束透明的薄膜状，它可用于做静态观察，如金相组织、析出相形态、分布、结构及与基体取向关系、位错类型、分布、密度等；也可做动态原位观察，如相变、形变、位错运动及其相互作用。截面（Cross section）薄膜样品:主要用于垂直于块体材料表面的截面方向进行观察，它的优点是可进行膜基界面分析，观察薄膜和基体之间的取向关系，也是薄膜样品的一种，制备方法相对复杂。2.5 透射电镜样品的制备2022/7/263制备粉末试样的关键是要有一个能够支持粉末并易于使电子透过的载膜。-样品支架Fig. Top: Overhead view of

3、 a grid, showing the mesh. Bottom: Side view of a carbon coated grid showing the relative position of the carbon film to the grid and sample.Grid2.5.1 粉末试样的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/264Fig. Top: Overheard image of a homemade holey grid. Bottom: Image of a manufactured holey grid.Holey Grids-微栅2.5.1 粉末试样

4、的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2651. 胶粉混合法 火棉胶粉末混合法的制备过程(a)滴入胶液；(b)混合粉末；(c)对磨拉开；(d)切开方格；(e)插动掀膜，(f)铜网捞膜2.5.1 粉末试样的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2662. 支持膜分散粉末法制备步骤：1) 将粉末与其不溶解的稳定液体在超声波振动下制成悬浮液，稳定液视粉末的性质而定，如水、甘油、酒精、丙酮等。2) 将悬浮液滴在支持膜上。3) 待支持膜液体干燥后进行观察。(a) 在培养皿的水面上滴入方华溶剂；(b) 溶剂在水面张开后，在其上摆放铜网；(c) 用滤纸突然垂直提拉并翻转；(d) 干燥后取下备用

5、2.5.1 粉末试样的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2673. 按照块状样品来制备粉末和纤维试样2.5.1 粉末试样的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/268样品薄膜的厚度取决于电子的穿透能力和获取样品信息的能力。穿透能力与电子的能量有关，即与加速电压有关。样品越厚，越接近实际大块样品的信息，但图象亮度不够，膜内不同厚度层上的结构信息会重叠，干扰分析。样品太薄，容易引起样品内固有缺陷释放，引起失真，同时容易造成其中的变形与相变不同于大块样品。样品厚度要适当，对金属材料而言，样品厚度100nm。薄膜样品的基本要求： 薄膜样品的组织结构必须和大块样品相同，在制备过程中，组织

6、结构不变化； 样品相对于电子束必须有足够的透明度； 薄膜样品应有一定强度和刚度，在制备、夹持和操作过程中不会引起变形和损坏； 在样品制备过程中不允许表面产生氧化和腐蚀。2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2691，平面样品制备的工艺过程（1）切（取）薄片样品从实物或大块试样上切割厚度一般厚约200-300 m的薄片，切割方法一般分两类 。2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2610将材料切成3mm薄圆片2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2611 （2）预减薄 切取的样品薄片进行预先减薄有两种方法，即机械

7、法和化学法。 机械减薄 一般通过手工磨制来完成。先将一面粘在样品座上，待磨好后，用溶剂将粘接剂溶掉，然后翻转粘接继续磨制，直至要求厚度。磨制后的厚度控制：材料较硬，可磨至70 m 材料较软，厚度不能小于100 m。注意：磨制过程中，要平稳，用力不要过大，注意冷却。2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26122.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2613研磨薄片用的支座 三脚抛光器2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26142.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26152.5.2

8、薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26162.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26172.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26182.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2619化学减薄 将切好的试片放入配制好的化学试剂中，使其表面腐蚀而减薄。优点： 表面无机械硬化层 速度快 厚度可控制在20-50 m，有利于终减薄2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26202.5.2 薄膜样品的制备材料减薄溶液的成分(%)(体积分数)备注铝和铝合金1.HCl40%+H2O6

9、0%+NiCl2 5g/L702.NaOH200 g/L水溶液3. H3PO460%+ HNO318%+ H2SO418%80-904. HCl50%+H2O50%+ 数滴H2O2铜1. HNO318%+ H2O20%2. HNO350%+CH3COOH25%+ H3PO425%铜合金HNO340%+ HCl10%+ H3PO450%铁和钢1. HNO330%+ HCl15%+HF10%+ H2O45%热溶液2. HNO335%+ H2O65%3. H3PO460% +H2O240%4. HNO333%+ CH3COOH33% + H2O34%605. HNO334%+ H2O232%+ CH

10、3COOH17%+ H2O17%H2O2用时加入6. HNO340%+HF10%+ H2O50%7. H2SO45%（以草酸饱和）+ H2O45%+H2O250%8. H2O95%+HF5%H2O2用时加入，若发生钝化，则用稀盐酸清洗镁和镁合金1.稀HCl体积分数2%-15%。溶剂为水或酒精，反应开始时很激烈，继之停止，表面即抛光2.稀HNO33. HNO375%+ H2O25%钛HF10%+ H2O260%+ HNO330%2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2621（3） 终减薄 电解双喷减薄 目前使用最广、效率最高、操作最简便的方法是双喷电解抛光法。+-电解液样品光源光敏元件2.5.

11、2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2622电解抛光液的成分可参见书目。大部分金属与合金可用双喷电解减薄，但以下情况不宜：易于腐蚀的裂纹端试样具有孔隙的粉末冶金试样组织中各相电解性能相差过大的材料，如复合材料、硬质合金等易于脆断、不能清洗的试样2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2623离子减薄 离子减薄就是用离子束在样品的两侧以一定的倾角轰击样品，使之减薄。2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26242.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2625离子减薄适用范围： 不导电的陶瓷样品

12、要求质量高的金属样品 不宜双喷电解的金属与合金样品离子束入射角对离子穿透深度和薄化速率的影响2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26262、 截面样品的制备2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2627截面样品制备工具2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2628截面样品制备工具2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26292.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2630金属硬质材料横截面制备2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2631粉末样品按照薄膜制备2.5.2 薄膜样品的制备2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26321 超薄切片法2.5.3 透射电镜样品制备的其它方法2.5 透射电镜样品的制备2022/7/26332 聚焦离子束方法2.5.3 透射电镜样品制备的其它方法2.5 透射电镜样品的制备2022/7/2634 真空蒸涂方法可用于制备具有均匀厚度的金属和合金之类的试样。通常，将试样放入由钨制作的线圈或篮子中，通过电流，由于电阻加热，使试样熔化蒸发（或者升华），沉积在基体上。为了防止制备的薄膜表面产生污染，蒸发时的