用于扫描电镜分析的陶瓷样品制样技术

周杏弟1 　张新华2

(南开大学化学系1 　南开大学实验室设备处2 　天津　300071)　

摘　要：在扫描电子显微镜分析中,对同一陶瓷样品如果采用不同的制样方法,将可能得到很大不同的分析结果。本文介绍某些陶瓷样品的制样技术,并举例说明。

关键词：电子显微镜分析　陶瓷样品　制样技术

1． 引言

扫描电子显微镜在分析领域有着广泛的用途,特别是在冶金、材料、化工、生物、医学、土壤等方面有它独到的特点。扫描电镜对于样品的基本要求是不含水份和油类等挥发性或污染性物质,并要求样品具有良好的导电表面,在电镜观察时不能产生有积累电荷的现象。不同的分析领域中使用扫描电镜时,在样品制备上有着许多不同的特点。但不论是什么样品,制样的目的都是使得其被分析样品更适合于扫描电镜的基本要求,使样品观察起来没有形变、假象的存在和更多的暴露出要分析部位的细节。

做为非导体的陶瓷样品在用于扫描电镜分析时,主要的是要使陶瓷样品的被观察表面具有导电性,并且使其具有良好的接地。但是,只简单地做到这一点并不一定能使陶瓷样品的细节显露得完好,对于不同类型、不同要求的陶瓷样品,要想达到理想的观察效果,往往需要做些更细致的样品处理工作,才能使样品制备的更完美,更易于扫描电镜的观察。

2．陶瓷样品制样方法

以ZrO2 陶瓷样品为例,说明不同的制样方法对于扫描电镜的观察质量可以有很大的差别。一般地对于像陶瓷这类的块状样品,可以只简单地做表面蒸Au 或Pd 等重金属导电层后,即可用于电镜观察。但这种简单的制样,虽然可以用,但并不能保证获得良好的观察效果,特别是对于不同类型的陶瓷样品,在制样上都用同一种模式做一样的处理,结果往往并不理想。比如对ZrO2 晶粒比较细致的陶瓷体,烧结出来时,表面往往十分光滑,没有什么衬度,晶粒与玻璃相之间结合致密,在观察晶粒晶形时,只做简单的制样,就不能达到较好的分析目的。那么对于像ZrO2 这类陶瓷样品,如何制样才能比较有利于观察目的呢? 为了分析ZrO2 晶粒的形成情况,希望比较好地暴露出晶粒与晶粒之间的轮廓,可以先用清水加入适量的洗涤剂,对样品做清洁处理,之后,再用10 %的HCl 水溶液处理样品表面,将晶粒之间的玻璃相腐蚀掉,以使晶粒暴露的更加充分。但一定要把握好处理的强度,可以选取不同浓度的HCl 溶液,按不同的时间梯度制备几组样品,选择其中处理较好的样品做为分析用样。在以上处理完成之后要用清水(蒸馏水为好) 分次对酸蚀后的样品做清洗,再用超声波清洗机对样品做超声处理,以彻底清洁样品表面后,将样品放入干燥箱进行干燥处理之后,就可以做样品表面导电层处理了。为了进一步增强晶粒的衬度,可以先用真空溅射的方法,选取一定的角度(比如与水平面成30°角) 做侧向涂碳处理,此时应掌握好溅射的量,不必太厚。最后用离子镀膜机对样品表面做水平蒸镀重金属Au或Pd ,并将样品粘在样品台上,用银浆导电胶涂好,就可用于扫描电镜观察了。图1 所示的照片(a) 和(b) 分别是用本方法和简单制样法获得的ZrO2 陶瓷样品的显微像,从照片上可以显示出用本方法制得的样品用于扫描电镜分析的效果要优于简单制样法。

(a) 　　　　　　　　　　　                  (b)

图1 (a) 简单处理的ZrO2 样品×1500 倍；(b) 多重处理的ZrO2 样品×4000 倍