SEM在材料科学的应用.doc

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1、SEM在材料科学的应用扫描电子显微镜（也称SEM）是一种大型的分析仪器，应用电子束在样品表面扫描激发二次电子成像的电子显微镜，主要用于研究样品表面的形貌与成分，广泛应用于生物学、医学、材料学、物理学、化学学等。SEM的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本

2、的表面结构。为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。SEM在无机非金属材料研究中的应用。无机非金属材料主要包括陶瓷玻璃、耐火材料、水泥和混凝土及复合材料等。耐火材料显微结构的形成是有生产过程中的物理化学变化和机械加工因素决定的，同类型的耐火材料显微结构的差异将影响耐火制品的技术性能和使用效果。借助SEM的观察，我们可通过调整工艺参数来设计合理的显微结构以提高耐火材料的性能和延长使用寿命。陶瓷材料属于多晶体，其物像种类可分为晶体、玻璃和气相

3、，陶瓷中晶粒的细化和均化能稳定和提高材料的某些性能。课通过对粉体的处理使之保持较狭窄的粒级分布，或引入合适的第二相以及均匀地加压成形，预烧等手段来实现。利用SEM可以观察到晶粒的改变，从而对预烧进行监控，获得性能较好的陶瓷。利用SEM进行材料组织的形貌观察。材料剖面的特征、零件内部的结构及损伤的形貌都可以借助SEM来判断和分析。SEM的样品制备简单，可以实现试样从低倍到高倍的定位分析，在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动，还能够根据观察需要进行空间移动，以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析。扫描

4、电子显微镜的图像真实、清晰、富有立体感，广泛应用金属断口和显微组织三维形态的观察研究方面。利用SEM进行镀层表面形貌分析和深度检测。金属材料零件在使用过程中会受外界环境的侵蚀发生腐蚀现象，需要进行磷化等表面防腐处理对母体进行保护。由于光学显微镜放大倍数的局限性，而扫描电镜却可以很容易的完成镀层表面的形貌分析和深度检测。SEM如果配有X射线能谱和X射线波普成分分析等电子探针附件，可分析样品微区的化学成分等信息。可以使用SEM对材料内部夹杂物进行定位鉴定。SEM还可以对显微组织及超微尺寸材料进行研究，如钢铁材料中的

5、回火托氏体和下贝氏体等显微组织细密的组织。进行钢铁产品质量和缺陷分析，如铸坯裂纹、气泡、中心缩孔；轧制过程造成的机械划伤、折叠、氧化铁皮压入等等。因SEM的分辨率高，可从新鲜断口上获得更为全面的信息。利用SEM的高温样品台，可以观察材料在加热过程中组织转变的过程，研究不同材料在热状下转变的差异。在材料工艺性能研究方面，可以直接观察组织形态的动态变化。拉伸样品台可预先制造人工裂纹，研究在有预裂纹的情况下材料对裂纹大小的敏感性以及裂纹的扩展速度，有益于材料断裂韧性的研究。参考文献：1.《扫描电子显微镜及其在材料科学

6、中的应用》朱琳，《吉林化工学院学报（自然科学版）》-2007年2期2.《现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用》吴立新、陈方玉，《武钢技术》-2005年6期