專利名稱：一種方便實用的透射電鏡試樣雙噴電解減薄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于試樣制備設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種方便實用的透射電鏡試樣雙噴電解減薄儀，適用于制造透射電鏡實驗材料的新型成套設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，在我國多數(shù)院校和研究所，用于制作透射電鏡試樣用的電解雙噴儀大部分是國產(chǎn)的，而且主要是上海交通大學(xué)的MTP-1型電解雙噴制樣儀，如圖1所示，存在以下缺點(1)與國外相比電解拋光電流范圍較窄的缺陷(0～15mA范圍)，國外設(shè)備的相應(yīng)參數(shù)一般為高出一個數(shù)量級(0～400mA范圍)，因而國產(chǎn)電解雙噴儀在制作透射電鏡薄膜樣品時，常溫下電解電流的使用范圍受到了嚴(yán)格的限制，國內(nèi)院校和研究所主要是通過降低電解液的溫度(-15℃～-5℃)，以達(dá)到降低電解液電解電流的目的，方可制得滿意的金屬薄膜樣品，但實驗控溫過程繁瑣，且低溫條件下對電解雙噴儀的使用壽命十分不利，特別是液氮激冷對儀器的破壞，將液氮混入電解液有顯著的制冷效果，但改變了電解液的有效濃度；(2)由于電解液急劇流動，雙噴電解拋光很難出現(xiàn)理論指出的極限電流平臺區(qū)，其I-V曲線幾乎呈一條直線，如圖2所示，在曲線上各個區(qū)域拋光樣品外形不同低電壓區(qū)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象；電壓太高又使樣品邊緣穿孔，薄膜質(zhì)量不佳；只有在B處減薄最好，能得到大平面平整薄膜，但是不容易摸索；(3)試樣本身材料極其物理狀態(tài)、電解液組分，溫度與電壓電流值的關(guān)聯(lián)，儀器噴嘴尺寸、極間距離、樣品夾的形狀及電解液的流速都對制樣有不同程度的影響，產(chǎn)品設(shè)計難以滿足或兼顧，據(jù)用戶反映，使用日子久了塑料制成的儀器噴嘴老化變形，兩噴嘴噴出的液柱不能準(zhǔn)確對接；(4)光敏器件報警靈敏度差，目測形成微孔并不能表明一定形成了足夠大或足夠多的薄區(qū)；(5)一旦確定最佳拋光條件，拋光樣品穿孔后，提倡在不去掉電壓情況下，立即清洗樣品，但現(xiàn)有型號制樣儀的樣品夾設(shè)計使得樣品來不及快速清洗，小孔邊緣薄區(qū)受到腐蝕。
華北工學(xué)院李巧玲葉云.《常溫下高氯酸冰醋酸混合液制取滲金屬薄膜樣品》分析測試儀器通訊，1995，6(2)93-94，使用0.46mol/L HClO4-16.7mol/L HAc電解拋光溶液進(jìn)行實驗，確定了常溫下(5~15℃)制取滲金屬薄膜樣品的電解拋光參數(shù)，為Bollmann法制取(陳世樸，王永瑞編.金屬電子顯微分析.北京機械工業(yè)出版社，1982102)電鏡用薄膜樣品提供了電解參數(shù)選擇方法，顯然對材料不具有普適性；而教科書上則認(rèn)為制備透射電鏡的薄膜樣品，一般采用12mol/L HClO4與體積分?jǐn)?shù)為90％的無水乙醇所組成的電解拋光液(李樹棠.金屬X射線與電子顯微分析.北京冶金工業(yè)出版社，1980224)，在-10～-20℃條件下進(jìn)行，許多文獻(xiàn)給出了何種材料應(yīng)該使用何種電解液及其適用溫度(吳杏芳，柳得櫓.電子顯微分析實用方法.北京冶金工業(yè)出版社，199812-13；李巧玲，葉云.趙興國.常溫電解拋光液研制及參數(shù)選擇研究.山西機械，1997，4(97)12-16；馬淑波.透射電子顯微鏡樣品制備技術(shù)物理測試，1995，142-45)，實驗者對電解拋光參數(shù)不便于確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種方便實用的透射電鏡試樣雙噴電解減薄儀，設(shè)計制造了一種方便實用的透射電鏡試樣雙噴電解減薄儀，具有簡化制造、操作可控等特點。
本發(fā)明由直流穩(wěn)壓電源、磁力攪拌雙噴電解裝置、照明裝置三部分組成。直流穩(wěn)壓電源的量程0～36V。磁力攪拌雙噴電解裝置由外盒6、內(nèi)盒7、雙噴部件8、陽極架10、陰極片11組成；雙噴部件中盛裝有一個永磁極子，雙噴部件置于一敞口的有機玻璃外盒中，有機玻璃內(nèi)盒用來盛裝電解液；陰極為不銹鋼片，插附在內(nèi)盒內(nèi)壁上；陽極即待電解拋光的電鏡樣品，樣品夾垂直立于雙噴部件的兩噴嘴之間，樣品夾由盒蓋1、盒體2、鉑絲3、不銹鋼棒4組成，電鏡樣品通過φ0.3mm鉑絲(壓成扁平)和不銹鋼棒導(dǎo)電。照明裝置中的聚光燈發(fā)出的平行光由全反射光纜導(dǎo)出。上述雙噴部件為玻璃制品。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)裝置完全透明，在電解拋光時，可以完全看清電解液的雙噴狀況和樣品表面狀態(tài)，隨時調(diào)整電解拋光的條件，使樣品處于最佳狀態(tài)；(2)玻璃制雙噴部件(如圖4右)兩噴嘴噴出的液柱對接準(zhǔn)確，射流強勁有力，耐腐蝕性好，不隨使用時間長久而老化；(3)安裝有體視放大鏡，可以看清陽極表面侵蝕減薄的全過程，甚至不必等到穿孔就可以得到厚度適宜的薄膜試樣；(3)冰水混合物做冷卻劑，溫度適中而且恒定；(4)制造簡便，成本低廉，操作方便。以獨特的產(chǎn)品材質(zhì)組裝形式克服了同類產(chǎn)品的不足。


圖1國產(chǎn)電解雙噴制樣儀裝配示意圖。
圖2雙噴電解拋光電壓-電流曲線圖3為本發(fā)明的電解雙噴制備電鏡試樣的儀器整套設(shè)備示意圖。
圖4為本發(fā)明的磁力攪拌雙噴電解裝置照片。
圖5為本發(fā)明的樣品夾示意圖。其中盒蓋1、盒體2、鉑絲3、不銹鋼棒4。
圖6為本發(fā)明磁力攪拌雙噴電解裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，外盒6、內(nèi)盒7、雙噴部件8、陽極架10、陰極片11、光纜9、放大鏡5。外盒尺寸為170×170×85毫米，內(nèi)盒尺寸110×110×75毫米，雙噴部件的噴嘴高度為40毫米；內(nèi)盒壁厚5毫米，外盒壁厚3毫米。
圖7為本發(fā)明的電解雙噴操作時的儀器布置示意圖。
圖8為本發(fā)明的20碳素鋼的透射電鏡明場像(a)和相對應(yīng)的電子衍射譜(b)圖9為本發(fā)明的銅/鈷酸鋰的電鏡試樣的光學(xué)顯微鏡照片(a)和鈷酸鋰顆粒的電子衍射譜(b)。
圖10為本發(fā)明的NiAl的電解雙噴試樣的光學(xué)顯微鏡照片。
圖11為本發(fā)明的NiAl的透射電鏡暗場像(a)和相對應(yīng)的電子衍射譜(b)。
圖12為本發(fā)明的純銅的透射電鏡明場像(a)和相對應(yīng)的電子衍射譜(b)。
圖13為本發(fā)明的純銅的電解雙噴試樣的光學(xué)顯微鏡照片。
具體實施例方式制樣前三小時，將電解液500毫升瓶裝，以及水裝入專用容器，一并置于冰箱中預(yù)冷。電解雙噴制樣時，操作步驟為(1)將雙噴部件安放在盛電解液的有機玻璃方盒中，確保不在其中發(fā)生晃動。(2)將盛冰水冷卻劑的另一有機玻璃盒置于磁力攪拌器上，把盛電解液的有機玻璃方盒放在其中，并調(diào)整其位置使之與磁力攪拌器上下對中。開啟磁力攪拌器使雙噴部件中的磁子轉(zhuǎn)動，如果在較高轉(zhuǎn)速下磁子轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、噪聲小，說明各部件已處于相對正確位置，然后關(guān)掉磁力攪拌器。(3)在外盒中加入冰水冷卻劑，在外盒中加入預(yù)冷電解液剛好沒過兩噴嘴。(4)將待電解拋光的電鏡樣品(3mm)置于樣品夾內(nèi)的圓形(3mm)凹坑內(nèi)，用盒蓋壓緊；用專用夾具夾持樣品夾不銹鋼柄，使樣品夾垂直立于雙噴部件的兩噴嘴之間，并使樣品盒中心與兩噴嘴三點共線，樣品盒平面應(yīng)盡量傾斜于兩噴嘴連線而不是垂直。(5)將電解雙噴儀的陰陽極分別與直流電源的正負(fù)極用導(dǎo)線連接，檢查電路是否導(dǎo)通。(6)開啟照明裝置，將光纜從樣品盒背面盡量垂直入射到樣品盒中心，保證觀察者眼睛不受光的刺激，調(diào)整外盒中冰塊的分布，以免以后樣品穿孔時擋光；安裝放大鏡并調(diào)整距離，使得能看清樣品盒中心出露的樣品表面。(7)開啟磁力攪拌器使兩噴嘴射出的電解液射到樣品盒中心；接通直流電源，采用文獻(xiàn)推薦的電解電流開始雙噴電解。(8)通過放大鏡注視樣品表面狀況，若有氣泡(來源有兩類噴射紊流卷入空氣；陽極電解反應(yīng)產(chǎn)生氧氣)長時間附著，則采取改變噴射速度的措施予以消除。(9)一發(fā)現(xiàn)穿孔，即關(guān)電解電源和磁力攪拌器，迅速取出樣品夾在預(yù)備好的酒精中清洗，隨即擰開樣品盒蓋，取出樣品再用酒精清洗，用吸水紙吸干后迅速放入干燥皿中保存待用。(10)重復(fù)(4)至(9)，制備下一個電鏡試樣。(11)全部制備完畢后，先切斷所有電源，然后回收電解液，再用酒精仔細(xì)清洗樣品盒內(nèi)部、雙噴部件及盛過電解液的有機玻璃方盒，晾干后妥善保存電解雙噴儀各部件。操作時的儀器布置如圖6。
例120碳素鋼減薄效果

圖7(a)、(b)分別是電解雙噴試樣的透射電鏡明場像和相應(yīng)的電子衍射譜。從(a)中可看到兩個鐵素體晶粒之間的晶界上出現(xiàn)的等厚條紋和晶粒內(nèi)部的位錯；(b)顯然是電子束沿晶帶軸<001>入射的結(jié)果。
例2銅/鈷酸鋰復(fù)合鍍膜減薄效果


從圖8(a)的電鏡試樣的光學(xué)顯微鏡照片看到一個鈷酸鋰顆粒鑲嵌在銅基體穿孔的邊緣上，對這個鈷酸鋰顆粒的電子衍射譜(b)證明這個微米級的大粒子是單晶，斑點比較弱又表明顆粒沒有減薄到理想的厚度。顯然，鈷酸鋰導(dǎo)電性較差，這與文獻(xiàn)[7]測量的單晶鈷酸鋰具有半導(dǎo)體性質(zhì)的結(jié)論一致。
例3金屬間化合物NiAl減薄效果

圖9(a)是放大50倍的NiAl電鏡試樣的光學(xué)顯微鏡照片，可見整個圓片被均勻減薄，孔洞均勻分布；圖9(b)放大200倍，可見清晰的多處孔洞。
對該試樣拍攝的透射電鏡暗場像和相對應(yīng)的電子衍射譜效果極好，如圖10。用物鏡光闌套如圖(b)中圈住的衍射斑點，拍攝到的暗場像中看到大量析出相Ni2Al。
例4純銅減薄效果

在對該純銅的電解雙噴試樣拍攝的透射電鏡明場像中，可以觀察到超細(xì)晶和大量堆垛微孿晶(圖11(a)中箭頭所指)，因此在電子衍射譜圖11(b)中出現(xiàn)多晶環(huán)。
在電解雙噴減薄過程中，我們通過防止試樣表面生成氣泡而使整個平面(圖12(a)中的中心亮區(qū))中均勻減薄，結(jié)果使試樣多處穿孔如圖(b)所示，從而獲得了大量薄區(qū)，反映了本發(fā)明裝置的優(yōu)勢所在，也證明能獲得了大量薄區(qū)的措施是制備電鏡試樣的根本措施，而低溫電解達(dá)到的良好效果可以通過調(diào)整電解液成分和電解電流來代替實現(xiàn)。正是由于抓住了這個關(guān)鍵，所以本發(fā)明使前面“技術(shù)背景”中提到的問題得以解決，使制備電鏡試樣的電解雙噴技術(shù)得到了簡化，值得普及推廣。
權(quán)利要求
1.一種方便實用的透射電鏡試樣雙噴電解減薄儀，其特征在于由直流穩(wěn)壓電源、磁力攪拌雙噴電解裝置、照明裝置三部分組成；直流穩(wěn)壓電源的量程0～36V；磁力攪拌雙噴電解裝置由外盒(6)、內(nèi)盒(7)、雙噴部件(8)、陽極架(10)、陰極片(11)組成；雙噴部件中盛裝有一個永磁極子，雙噴部件置于一敞口的有機玻璃外盒中，有機玻璃內(nèi)盒用來盛裝電解液；陰極片為不銹鋼片，插附在內(nèi)盒內(nèi)壁上；陽極即待電解拋光的電鏡樣品，樣品夾垂直立于雙噴部件的兩噴嘴之間，電鏡樣品通過φ0.3mm鉑絲(壓成扁平)和不銹鋼棒導(dǎo)電；照明裝置中的聚光燈發(fā)出的平行光由全反射光纜導(dǎo)出。
2.按照權(quán)利要求1所述的透射電鏡試樣雙噴電解減薄儀，其特征在于雙噴部件為玻璃制品，樣品夾由盒蓋(1)、盒體(2)鉑絲(3)不銹鋼棒(4)組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方便實用的透射電鏡試樣雙噴電解減薄儀，由直流穩(wěn)壓電源、磁力攪拌雙噴電解裝置、照明裝置三部分組成。直流穩(wěn)壓電源的量程0～36V。磁力攪拌雙噴電解裝置由外盒(6)、內(nèi)盒(7)、雙噴部件(8)、陽極架(10)、陰極片(11)組成；雙噴部件中盛裝有一個永磁極子，雙噴部件置于一敞口的有機玻璃外盒中，有機玻璃內(nèi)盒用來盛裝電解液；陰極片為不銹鋼片，插附在內(nèi)盒內(nèi)壁上；陽極樣品夾垂直立于雙噴部件的兩噴嘴之間，電鏡樣品通過φ0.3mm鉑絲和不銹鋼棒導(dǎo)電。照明裝置中的聚光燈發(fā)出的平行光由全反射光纜導(dǎo)出。其優(yōu)點在于可以完全看清電解液的雙噴狀況和樣品表面狀態(tài)，隨時調(diào)整電解拋光的條件，使樣品處于最佳狀態(tài)。
文檔編號G01N21/17GK1584543SQ20041000917
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者田文懷, 閻時建 申請人:北京科技大學(xué)