電子顯微鏡分析

　　利用電子顯微鏡的高分辨本領、高放大倍率等特點來分析研究物體的組織形貌、結構特徵的一種近代材料物理試驗方法。電子顯微鏡主要有4種類型：①透射式電子顯微鏡；②掃描式電子顯微鏡；③反射式電子顯微鏡；④發射式電子顯微鏡。其中前兩種應用較為普遍。

　　透射式電子顯微鏡分析　當高能電子束穿過被檢物的複型或薄膜時，由於複型或薄膜各部分對電子的吸收能力或產生電子衍射的強度不同而造成相相互之間具有襯度的顯微組織的電子圖象，可供對被檢物作研究之用。世界上第一臺透射電子顯微鏡是1932年由德國柏林大學M.克諾爾和E.魯斯卡研制成功的。現代最好的透射電子顯微鏡線分辨本領可達0.14納米，可攝出某些分子象或原子象。在透射電子顯微鏡中有復型技術、電子衍射和電子衍襯3種常用的分析技術。

　　復型技術　將試樣表面的組織形貌復制到很薄的非晶體材料膜上，然後把這種復制的薄膜(通常稱為復型)放入透射電子顯微鏡中進行觀察和分析。復型所用的材料和制備方法很多，經常使用的有一次塑料復型、一次碳復型（用蒸發碳）、塑料－碳二次復型和萃取復型等。應用復型技術可顯示材料或機械構件的顯微組織和斷口形貌等特征。圖1為塑料－碳二次復型經金屬鉻投影後的圖象，顯示出瞭Эu481合金疲勞輝紋和臺階等顯微特征。

圖1　Эu481合金疲勞斷口的電子顯微圖象（塑料-碳二次復型，鉻投影）

圖2　20鋼薄膜內的板條狀馬氏體的電子衍射花樣

圖3　20鋼薄膜試樣電子衍襯象所示的板條狀馬氏體內的位錯網絡

　　電子衍射　當電子束穿透薄晶體時，如果後者某一晶面取向能滿足佈喇格條件（見X射線分析），就會發生電子衍射。在透射電子顯微鏡中觀察金屬薄膜或萃取復型上的被萃取質點即可得到電子衍射花樣，獲得材料的組織形貌和結構特征的信息。圖2為20鋼薄膜內板條狀馬氏體（見光學金相檢驗）的電子衍射花樣。在透射電子顯微鏡中，可以進行選區電子衍射、高分辨電子衍射、高分散電子衍射和微電子衍射等各種方式的電子衍射分析。其中選區電子衍射應用廣泛，常被用來研究微細析出相的結構、位向和其他晶體學特征等。

　　電子衍襯　利用電子衍射襯度來成象，能以很高的分辨本領揭示材料內部的精細結構，甚至還可觀察到分子象和原子象。如配有熱、冷、拉伸等特殊試樣臺，還能用以研究材料的相變、變形、位錯跡線等的動態變化過程。圖3為20鋼薄膜試樣電子衍襯象所示的板條狀馬氏體內的位錯網絡。

　　掃描電子顯微鏡分析　利用掃描線圈的作用使電子束掃查試樣表面，並與顯象管電子束的掃描同步，用掃查過程中所產生的各種信號來調制顯象管的光點亮度，從而產生圖象。它有很大的景深，故可直接觀察表面凹凸不平的塊狀試樣，立體感強；且放大倍數可從低倍到高倍連續調節。第一臺掃描電子顯微鏡是1938年由德國人M.von阿爾登研制成功的。通常掃描電子顯微鏡附有X射線能譜和波譜分析裝置，可在觀察形貌的同時，快速得出該區域的化學成分。

　　另外，在掃描電子顯微鏡上還可進行電子通道花樣分析，從而可研究試樣微區的晶體學位向、晶體對稱性、應變程度和位錯密度等問題。在機械工業中，掃描電子顯微鏡常用以作機械零件的斷裂失效分析。圖4為奧氏體不銹鋼應力腐蝕斷口的掃描電子顯微圖象。

圖4　奧氏體不銹鋼應力腐蝕斷口的掃描電子顯微圖象

參考書目

　陳世補、王永瑞：《金屬電子顯微分析》，機械工業出版社，北京，1982。