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)點是(l)制備的電鏡樣品觀 察時薄區(qū)真實、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，通常是將兩個氬離子?xùn)|分別轟擊試樣的上下兩 個表面，得到樣品厚度中心的薄區(qū)。選擇將兩個離子束轟擊同一個表面， 試樣的另一個表面將完整保留，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，對涂層結(jié)構(gòu)的分析比較困難，利 用場發(fā)射掃描電鏡大致可以觀察其形貌、成分。通過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 一種通過調(diào)整離子束輻 射的位置完成X-ray輻射過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級厚度薄膜樣品的方法，以 及釆用機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。韓國專利申請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)過減薄具有足夠厚度樣品的方法。臺灣專利申請 TW421841公開了 "TAIWAN SEMICONDUCTOR MFG. Method of observing silicide"，主要內(nèi)容是臺灣半導(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。中國專利申請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。中國專利申請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。中國專利申請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)對電解薄膜進行進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，用切割機切割成長度為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在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時，沖頭對著試樣的磨制面；接著用細砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機對半徑為3mm的圓片試樣進行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為30±5pm;
d. 用離子減薄儀對試樣進行單面減薄，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，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#，細砂紙為1000#。
進一步地，所述帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品可進行涂層分析。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明利用先進的單面離子減薄法，制備得到的帶有硅鋼片涂層的電 鏡薄膜樣品，該樣品可進行深入的涂層分析，對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為對比樣品的場發(fā)射掃描電鏡圖片；
圖2為實施例1制備得到樣品的透射電鏡圖片；
圖3為實施例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為實施例l樣品磷酸鹽涂層能譜圖； 圖6為實施例1樣品底層中結(jié)晶相的能譜圖； 圖7為實施例1樣品基體中結(jié)晶相的能譜圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體說明。 實施例1
本實施例的樣品具體制備過程如下
a. 選取硅鋼片，該硅鋼片的涂層為磷酸鹽涂層，用切割機切割成長度 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，再用細砂紙磨制，直到試樣厚度為70p;
c. 用透射電鏡專用的沖孔機在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時，沖頭對著試樣的磨制面；接著用細砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機對半徑為3隱的圓片試樣進行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為35pm;
d. 用離子減薄儀對試樣進行單面減薄，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，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，并用能譜儀對所觀察的不同區(qū)域進行成分分析。為了能更好的表現(xiàn)出本發(fā)明方法的優(yōu) 點，給出了對比試驗。
參見圖l，對比試驗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-射線能譜儀對不同區(qū)域進行了成分分析，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。 實施例2
本實施例的樣品具體制備過程如下
a. 選取硅鋼片，該硅鋼片的涂層為Mg2Si04和非晶磷酸鹽，用切割機切 割成長度為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，再用細砂紙磨制，直到試樣厚度為80pm;
c. 用透射電鏡專用的沖孔機在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時，沖頭對著試樣的磨制面；接著用細砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機對半徑為3mm的圓片試樣進行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為30^im;
d. 用離子減薄儀對試樣進行單面減薄，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，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。 實施例3
本實施例的樣品具體制備過程如下
a. 選取硅鋼片，該硅鋼片的涂層為非晶態(tài)二氧化硅，用切割機切割成 長度為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，再用細砂紙磨制，直到試樣厚度為90jim;
c. 用透射電鏡專用的沖孔機在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片 試樣，沖孔時，沖頭對著試樣的磨制面；接著用細砂紙磨去沖孔毛邊；最 后用挖坑機對半徑為3mm的圓片試樣進行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面， 挖坑深度約為25(Lim;
d. 用離子減薄儀對試樣進行單面減薄，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，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)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非 限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進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，用切割機切割成長度為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在磨制好的試樣上沖出半徑為3mm的圓片試樣，沖孔時，沖頭對著試樣的磨制面；接著用細砂紙磨去沖孔毛邊；最后用挖坑機對半徑為3mm的圓片試樣進行挖坑，挖坑面為試樣的磨制面，挖坑深度約為30±5μm；d.用離子減薄儀對試樣進行單面減薄，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，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#,細砂紙為1000#。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1至2任意一項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，該樣品可進行深入的涂層分析，對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G01N23/02GK101581637SQ20091006275
公開日2009年11月18日 申請日期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 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司