專利名稱：一種帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電鏡薄膜樣品的制備方法。
背景技術(shù)：
離子減薄法是制備透射電鏡薄膜試樣的一種基本方法，其原理是用兩 東氬離子轟擊樣品表面，將試樣表面原子層層剝離而減薄樣品。與傳統(tǒng)的
雙噴電解法制備電鏡薄膜樣品相比較，其優(yōu)點(diǎn)是(l)制備的電鏡樣品觀 察時(shí)薄區(qū)真實(shí)、干凈，沒有因電解液腐蝕導(dǎo)致的氧化膜；(2)適用的樣品 廣，既適于不同的金屬，又適于陶瓷等不導(dǎo)電材料。雙噴電解只能對(duì)導(dǎo)電 金屬減薄，而且不同材料選擇不同的腐蝕劑。
在使用離子減薄儀時(shí)，通常是將兩個(gè)氬離子?xùn)|分別轟擊試樣的上下兩 個(gè)表面，得到樣品厚度中心的薄區(qū)。選擇將兩個(gè)離子束轟擊同一個(gè)表面， 試樣的另一個(gè)表面將完整保留，此方法可以得到材料涂層的電鏡薄膜樣品， 觀察涂層的結(jié)構(gòu)。
由于硅鋼片涂層厚度一般在2 10^im，對(duì)涂層結(jié)構(gòu)的分析比較困難，利 用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡大致可以觀察其形貌、成分。通過(guò)單面離子減薄法制樣， 可以準(zhǔn)確地觀察硅鋼片表面基層、合金層以及涂層的不同形貌與結(jié)構(gòu)。分 析不同層的厚度、形態(tài)對(duì)于解決硅鋼片表面涂層質(zhì)量起著重要的作用。
曰本專利申請(qǐng)JP2000310585公開了 "NIPPON STEEL CORP. FORMATION FOR THIN FILM SAMPLE FOR TRANSMISSION TYPE ELECTRON MICROSCOPIC OBSERVATION"，主要內(nèi)容是日本新日鐵公司提供的 一種通過(guò)調(diào)整離子束輻 射的位置完成X-ray輻射過(guò)程中減薄制備透射電鏡用薄膜樣品的方法，以
及釆用電解減薄或化學(xué)減薄去除金屬材料樣品畸變層，制備透射電鏡定量 檢測(cè)金屬材料和第二相粒子界面固溶元素含量50 - 100 nm厚度薄膜樣品的 方法。日本專利申請(qǐng)JP10269978公開了 "KAWASAKI STEEL CORP. THIN FILM SPECIMEN REINFORCE MATERIAL FOR TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE", 主要內(nèi)容是川崎制鐵提供的一種透射電鏡和EDX觀察分析用不包括任何離子損壞層的薄膜試樣的制備方法及設(shè)備，以及釆用收斂離子?xùn)|減薄制備電 鏡用觀察各種金屬材料和非金屬材料所要求!im級(jí)厚度薄膜樣品的方法，以 及釆用機(jī)械減薄或離子減薄制備透射電鏡觀察玻璃、結(jié)晶硅等材料表面
0. 5~10|iim樹脂涂層樣品的方法。韓國(guó)專利申請(qǐng)KR20040031279公開了 "SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD. METHOD FOR MANUFACTURING SAMPLE PIECE FOR ANALYZING TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE (TEM)",主要內(nèi)容是
韓國(guó)三星電子公司提供的一種利用離子聚焦束裝置制備透射電子顯微鏡 (TEM)觀察和分析用經(jīng)過(guò)減薄具有足夠厚度樣品的方法。臺(tái)灣專利申請(qǐng) TW421841公開了 "TAIWAN SEMICONDUCTOR MFG. Method of observing silicide"，主要內(nèi)容是臺(tái)灣半導(dǎo)體公司提供的釆用離子蝕刻或減薄工藝 制備透射電子顯微鏡觀察IC芯片上形成半導(dǎo)體感光底層、多晶硅層、硅化 物層樣品的方法。中國(guó)專利申請(qǐng)200710144117公開了 "一種薄膜材料的透 射電鏡樣品的制備方法"，主要內(nèi)容是廈門大學(xué)提供的一種適合于400 。C以 下磁控濺射制備的各種成分、各種厚度的薄膜材料的透射電鏡樣品的制備 方法。中國(guó)專利申請(qǐng)200410020531公開了 "透射電鏡用薄膜樣品的制備方 法"，主要內(nèi)容是中國(guó)科學(xué)院金屬研究所釆用磁控濺射的方法獲得均勻、致 密、易剝離的金屬或合金膜，襯底上鍍膜的厚度在5 9fim之間，可以直接 將磁控濺射鍍膜與雙噴減薄或者離子減薄相結(jié)合制得電鏡觀察用樣品的一 種透射電鏡用薄膜樣品的制備方法。中國(guó)專利申請(qǐng)03136601公開了 "一種 制備大粉末顆粒材料的電鏡薄膜樣品的方法"，主要內(nèi)容是北京科技大學(xué)提 供的采用離子減薄技術(shù)對(duì)電解薄膜進(jìn)行進(jìn)一步減薄的一種制備不導(dǎo)電大粉 末顆粒材料的電鏡薄膜樣品的方法。
以上國(guó)內(nèi)外專利介紹的均是透射電鏡薄膜樣品的 一些制備技術(shù)，其中 的部分專利也包含了涂層材料試樣的制備，但其均未使用到離子減薄儀的 單面減薄技術(shù)，也未提到制備的硅鋼片涂層樣品中含有涂層、底層以及基 層的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問題而提供了一種利用單面離子減薄法制備 帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品，該方法制得的電鏡薄膜樣品可以進(jìn)行涂
4層分析，并且能清楚的分辨出樣品的涂層、底層以及基層。 本發(fā)明所釆用的技術(shù)方案是
一種帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品的制備方法，釆用單面離子減薄
法，包括以下步驟
a. 選取硅鋼片，用切割機(jī)切割成長(zhǎng)度為5~10mm，寬度為10 20mm的 硅鋼片試樣，保證試樣兩面平整、涂層保留完全；
b. 將切割好的試樣釆用單面磨的方法，保留一面的涂層完整，先用粗 砂紙，再用細(xì)砂紙磨制，直到試樣厚度為80 ±l(^ni;
c. 用透射電鏡專用的沖孔機(jī)在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時(shí)，沖頭對(duì)著試樣的磨制面；接著用細(xì)砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機(jī)對(duì)半徑為3mm的圓片試樣進(jìn)行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為30±5pm;
d. 用離子減薄儀對(duì)試樣進(jìn)行單面減薄，試樣的磨制面朝上，離子減薄 儀的左右槍均選擇從上往下轟擊試樣，左右槍離子束角度為6 ±0.5° ，工 作電壓設(shè)置為5±0. 2Kev,減薄2-2.5小時(shí)，保證試樣不能穿孔；接著將 左右槍角度均減小到3±0. 5。繼續(xù)減薄，30 - 40分鐘后，待試樣穿孔，取 出試樣；最后將試樣翻轉(zhuǎn)，涂層面朝上放回離子減薄儀進(jìn)行減薄，任意選 擇左槍或者右槍從上往下轟擊，其離子?xùn)|角度調(diào)整為3 ±0.5。，將選擇剩 下的左槍或者右槍從下往上轟擊，其離子束角度調(diào)整為3 ±0.5° ，電壓設(shè) 置為3~3.5Kev,減薄過(guò)程中借助顯微鏡同步觀察，3 ~ 5分鐘將后試樣表 面清理干凈，帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品制備完畢。
優(yōu)選地，所述粗砂紙為280#，細(xì)砂紙為1000#。
進(jìn)一步地，所述帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品可進(jìn)行涂層分析。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明利用先進(jìn)的單面離子減薄法，制備得到的帶有硅鋼片涂層的電 鏡薄膜樣品，該樣品可進(jìn)行深入的涂層分析，對(duì)于解決硅鋼片的涂層質(zhì)量 起到了關(guān)鍵的作用；在透射電鏡下能清楚的分辨出樣品中的基體、底層和 基層。


圖1為對(duì)比樣品的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖片；
圖2為實(shí)施例1制備得到樣品的透射電鏡圖片；
圖3為實(shí)施例1制備得到樣品底層結(jié)晶與鋼基結(jié)合的不完整區(qū)域透射
電鏡圖片；
圖4為實(shí)施例l制備得到樣品底層中的氧化物顆粒透射電鏡圖片； 圖5為實(shí)施例l樣品磷酸鹽涂層能譜圖； 圖6為實(shí)施例1樣品底層中結(jié)晶相的能譜圖； 圖7為實(shí)施例1樣品基體中結(jié)晶相的能譜圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說(shuō)明。 實(shí)施例1
本實(shí)施例的樣品具體制備過(guò)程如下
a. 選取硅鋼片，該硅鋼片的涂層為磷酸鹽涂層，用切割機(jī)切割成長(zhǎng)度 為5腿，寬度為20隨的硅鋼片試樣，保證試樣兩面平整、涂層保留完全；
b. 將切割好的試樣釆用單面磨的方法，保留一面的涂層完整，先用粗 砂紙，再用細(xì)砂紙磨制，直到試樣厚度為70p;
c. 用透射電鏡專用的沖孔機(jī)在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時(shí)，沖頭對(duì)著試樣的磨制面；接著用細(xì)砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機(jī)對(duì)半徑為3隱的圓片試樣進(jìn)行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為35pm;
d. 用離子減薄儀對(duì)試樣進(jìn)行單面減薄，試樣的磨制面朝上，離子減薄 儀的左右槍均選擇從上往下轟擊試樣，左右槍離子?xùn)|角度為5.5° ，工作電 壓設(shè)置為5ev,減薄2小時(shí)，保證試樣不能穿孔；接著將左右槍角度均減小 到3°繼續(xù)減薄，40分鐘后，待試樣穿孔，取出試樣；最后將試樣翻轉(zhuǎn)， 涂層面朝上放回離子減薄儀進(jìn)行減薄，將左槍選擇從上往下轟擊，左槍離 子束角度調(diào)整為3.5° ,將右槍選擇從下往上轟擊，右槍離子?xùn)|角度調(diào)整為 3.5° ，電壓設(shè)置為3Kev,減薄過(guò)程中借助顯微鏡同步觀察，3分鐘后試樣 將表面清理干凈，帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品制備完畢。
制備完畢后，將上述樣品在透射顯微鏡中觀察微區(qū)形貌，并用能譜儀對(duì)所觀察的不同區(qū)域進(jìn)行成分分析。為了能更好的表現(xiàn)出本發(fā)明方法的優(yōu) 點(diǎn)，給出了對(duì)比試驗(yàn)。
參見圖l，對(duì)比試驗(yàn)是將一般的電鏡薄膜樣品疊加，并用環(huán)氧樹脂固定 后鑲嵌制樣，在場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下觀察形貌，從圖1中可以看出涂層、底 層與基體，但不能分辨出涂層中各層的結(jié)構(gòu)特征。
參見圖2，利用實(shí)施例1中的方法制得的樣品在透射電鏡下觀察的形貌
像，可以清楚地分辨出基體、底層結(jié)晶層與涂層非晶層的形貌；圖3為與 鋼基結(jié)合的底層結(jié)晶不完整區(qū)域；圖4為底層中的氧化物顆粒形貌，其中 白色顆粒對(duì)應(yīng)于圖1中嵌入鋼基底層的黑色顆粒。
在透射電鏡下，利用X-射線能譜儀對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行了成分分析，圖5 為磷酸鹽涂層該樣品的能譜圖，涂層中主要含有0、 Mg、 Al、 Si、 P元素； 圖6為底層中結(jié)晶相的能譜圖，該相的元素主要含有0、 Mg、 Si，為Mg2Si04 相；圖7為基體的能譜圖，基體中的成分主要為Fe，并含少量Si。 實(shí)施例2
本實(shí)施例的樣品具體制備過(guò)程如下
a. 選取硅鋼片，該硅鋼片的涂層為Mg2Si04和非晶磷酸鹽，用切割機(jī)切 割成長(zhǎng)度為lOmm,寬度為15mm的硅鋼片試樣，保證試樣兩面平整、涂層保 留完全；
b. 將切割好的試樣釆用單面磨的方法，保留一面的涂層完整，先用粗 砂紙，再用細(xì)砂紙磨制，直到試樣厚度為80pm;
c. 用透射電鏡專用的沖孔機(jī)在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時(shí)，沖頭對(duì)著試樣的磨制面；接著用細(xì)砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機(jī)對(duì)半徑為3mm的圓片試樣進(jìn)行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為30^im;
d. 用離子減薄儀對(duì)試樣進(jìn)行單面減薄，試樣的磨制面朝上，離子減薄 儀的左右槍均選擇從上往下轟擊試樣，左右槍離子?xùn)|角度為6.5° ，工作電 壓設(shè)置為5.2Kev，減薄2.5小時(shí)，保證試樣不能穿孔；接著將左右槍角度 均減小到2.5°繼續(xù)減薄，30分鐘后，待試樣穿孔，取出試樣；最后將試 樣翻轉(zhuǎn)，涂層面朝上放回離子減薄儀進(jìn)行減薄，將右槍選擇從上往下轟擊， 左槍離子?xùn)|角度調(diào)整為3° ，將左槍選擇從下往上轟擊，右槍離子?xùn)|角度調(diào)整為3° ，電壓設(shè)置為3.5Kev，減薄過(guò)程中借助顯微鏡同步觀察，4分鐘后 將試樣表面清理干凈，樣品制備完畢。 實(shí)施例3
本實(shí)施例的樣品具體制備過(guò)程如下
a. 選取硅鋼片，該硅鋼片的涂層為非晶態(tài)二氧化硅，用切割機(jī)切割成 長(zhǎng)度為7mm，寬度為10mm的硅鋼片試樣，保證試樣兩面平整、涂層保留完 全；
b. 將切割好的試樣釆用單面磨的方法，保留一面的涂層完整，先用粗 砂紙，再用細(xì)砂紙磨制，直到試樣厚度為90jim;
c. 用透射電鏡專用的沖孔機(jī)在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時(shí)，沖頭對(duì)著試樣的磨制面；接著用細(xì)砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機(jī)對(duì)半徑為3mm的圓片試樣進(jìn)行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為25(Lim;
d. 用離子減薄儀對(duì)試樣進(jìn)行單面減薄，試樣的磨制面朝上，離子減薄 儀的左右槍均選擇從上往下轟擊試樣，左右槍離子束角度為6° ,工作電壓 設(shè)置為4.8ev，減薄2.7小時(shí)，保證試樣不能穿孔；接著將左右槍角度均減 小到3.5°繼續(xù)減薄，35分鐘后，待試樣穿孔，取出試樣；最后將試樣翻 轉(zhuǎn)，涂層面朝上放回離子減薄儀進(jìn)行減薄，將左槍選擇從上往下轟擊，左 槍離子?xùn)|角度調(diào)整為3° ，將右槍選擇從下往上轟擊，右槍離子束角度調(diào)整 為35° ,電壓設(shè)置為3.2Kev，減薄過(guò)程中借助顯微鏡同步觀察，5分鐘后 將試樣表面清理干凈，樣品制備完畢。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非 限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而 不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求 范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品的制備方法，其特征在于，采用單面離子減薄法，包括以下步驟a.選取硅鋼片，用切割機(jī)切割成長(zhǎng)度為5～10mm，寬度為10～20mm的硅鋼片試樣，保證試樣兩面平整、涂層保留完全；b.將切割好的試樣采用單面磨的方法，保留一面的涂層完整，先用粗砂紙，再用細(xì)砂紙磨制，直到試樣厚度為80±10μm；c.用透射電鏡專用的沖孔機(jī)在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片試樣，沖孔時(shí)，沖頭對(duì)著試樣的磨制面；接著用細(xì)砂紙磨去沖孔毛邊；最后用挖坑機(jī)對(duì)半徑為3mm的圓片試樣進(jìn)行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面，挖坑深度約為30±5μm；d.用離子減薄儀對(duì)試樣進(jìn)行單面減薄，試樣的磨制面朝上，離子減薄儀的左右槍均選擇從上往下轟擊試樣，左右槍離子束角度為6±0.5°，工作電壓設(shè)置為5±0.2Kev，減薄2～2.5小時(shí)，保證試樣不能穿孔；接著將左右槍角度均減小到3±0.5°繼續(xù)減薄，30～40分鐘后，待試樣穿孔，取出試樣；最后將試樣翻轉(zhuǎn)，涂層面朝上放回離子減薄儀進(jìn)行減薄，任意選擇左槍或者右槍從上往下轟擊，其離子束角度調(diào)整為3±0.5°，將選擇剩下的左槍或者右槍從下往上轟擊，其離子束角度調(diào)整為3±0.5°，電壓設(shè)置為3～3.5Kev，減薄過(guò)程中借助顯微鏡同步觀察，3～5分鐘將后試樣表面清理干凈，帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品制備完畢。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品的制備 方法，其特征在于，所述粗砂紙為280#,細(xì)砂紙為1000#。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1至2任意一項(xiàng)所述的一種帶有硅鋼片涂層的電鏡薄 膜樣品的制備方法，其特征在于，所述帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品可 進(jìn)行涂層分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品的制備方法，該方法主要利用單面離子減薄法制備得到樣品。本發(fā)明利用先進(jìn)的單面離子減薄法，制備得到的透射電鏡薄膜樣品，該樣品可進(jìn)行深入的涂層分析，對(duì)于解決硅鋼片的涂層質(zhì)量起到了關(guān)鍵的作用，在透射電鏡下能清楚的分辨出樣品中的基體、底層和基層。
文檔編號(hào)G01N23/02GK101581637SQ20091006275
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者云 關(guān), 劉繼雄, 吳立新, 周千學(xué), 敏 張, 李平和, 李立軍, 皓 楊, 鄧照軍, 陳士華 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司