一種透射電鏡金屬試樣制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透射電鏡金屬試樣制備方法，包括機械加工、激光開斜孔和酸洗-清洗斜孔周邊區(qū)域；主要適用于鐵、鎂、Ti等常規(guī)金屬。具體講是，首先采用機械加工方法通過切割、磨削等方式使金屬片初步達到使金屬試樣厚度50-100μm；然后，采用波長小于1064nm的短或超短脈沖激光對金屬薄片以30-60°傾角進行打斜孔加工；針對不同金屬采用恰當的酸性或堿性溶液，對金屬薄片激光開孔區(qū)域進行酸洗或堿洗后隨即用常規(guī)有機溶劑清洗，酸洗-清洗或堿洗-清洗清洗過程重復1-3次。本發(fā)明相對于離子減薄制備透射電鏡試樣縮短了周期，試樣的后期處理比較簡單，且降低了成本。
【專利說明】一種透射電鏡金屬試樣制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電鏡樣品制備【技術領域】，尤其涉及一種透射電鏡金屬試樣制備方法。

【背景技術】
[0002]透射電子顯微鏡是研究材料微觀結構的重要儀器之一，但是能在透射電鏡上觀察的前提是透射電鏡的電子束能夠穿透樣品，而且透射電鏡觀察到的圖像的質量強烈依賴于樣品的厚度，因此樣品被觀察的部位必須非常薄。電子束穿透固體樣品的能力主要取決于加速電壓和樣品組成的原子序數。一般來說，加速電壓越高，樣品原子序數越小，電子束可以穿透樣品的厚度就越大，一般樣品的厚度要控制在5?200=1這就給透射電鏡制樣工作帶來很大的難度。對于非粉末材料，成功地觀察透射電鏡，90%的精力消耗在制樣上。目前，透射電鏡觀察用樣品的基本制備方法是減薄技術，先對大塊樣品沖片，然后采用機械拋光或化學拋光方法預減薄，當材料預減薄到509 0以下再凹坑處理直至30 9 0左右，最后再減薄。減薄的方法主要有離子減薄和電解雙噴兩種方法等(楊南如.無機非金屬材料測試方法[1]，武漢:武漢理工大學出版社，2004: 125-126)。其中，離子減薄法制備試樣周期長，而電解雙噴法成本高可靠性差，因此，尋找一種更合適的制樣方法很有必要。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現有的透射電鏡試樣制備周期長、成本高的問題，提供一種制備過程簡單、成本低、成功率較高的透射電鏡試樣的制備方法。
[0004]為了實現上述目的，本發(fā)明提供了以下技術方案:
[0005]一種透射電鏡金屬試樣制備方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、米用機械切割方法將金屬切割成厚度為0.2-0.5臟的金屬片，將所述金屬片磨削加工至50-100^ III厚，磨削加工過程中，控制金屬片的溫度小于1001，以保證金屬試樣組織不發(fā)生改變；
[0007]步驟二、采用脈寬為納米或皮秒或飛秒級的激光器對上述金屬片進行激光開孔，激光器的激光波長小于106?%激光光束與金屬片表面的傾角為30-60。，激光輻射作用后在金屬片上開出斜孔；
[0008]步驟三、對金屬片上斜孔處進行酸洗或堿洗，并隨即清洗，這樣的酸洗-清洗或堿洗-清洗過程重復1-3次。
[0009]進一步講，步驟三中，酸洗所采用的酸性溶液是下述酸性溶液之一:
[0010]高氯酸與無水乙醇的混合溶液，其中，高氯酸與無水乙醇的體積濃度比為1:20-30 ；
[0011]氫氟酸與無水乙醇的混合溶液，其中，氫氟酸與無水乙醇的體積濃度比為1:4-8 ；
[0012]硝酸與無水甲醇的混合溶液，其中，硝酸與無水甲醇的體積濃度比為1:10-20 ；
[0013]硫酸與無水甲醇的混合溶液，其中，硫酸與無水甲醇的體積濃度比為1:5-20 ；
[0014]硫酸與無水乙醇的混合溶液，其中，硫酸與無水乙醇的體積濃度比為1:5-15 ；
[0015]磷酸與無水乙醇的混合溶液，其中，磷酸與無水乙醇的體積濃度比為1:2-10 ；
[0016]高氯酸與無水甲醇的混合溶液，其中，高氯酸與無水甲醇的體積濃度比為1:50-60。
[0017]步驟三中，堿洗所采用的堿性溶液為I氫氧化鈉與水的溶液，其中，氫氧化鈉水溶液濃度為 0.2-211101/1。
[0018]步驟三中，清洗所采用的清洗液是無水乙醇、去離子水和丙酮中的一種。
[0019]與現有的透射電鏡試樣的制備方法相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點在于:
[0020](1)相對于離子減薄方法，本發(fā)明方法工藝簡單，成功率高的透射電鏡試樣制備方法，縮短了制樣周期，降低了成本。
[0021](2)可利用現有透射電鏡樣品設備，減少了設備浪費。
[0022](3)相對于電解雙噴法，本發(fā)明方法可靠性高，污染小。

【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例對本發(fā)明方法做進一步的說明。提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。
[0024]實施例1:制備透鏡電鏡金屬的試樣，其制備過程如下:
[0025]步驟一、將金屬線切割為0.3111111厚的片，通過自動金相試樣研磨機將？6片的厚度磨削至磨削過程中采用水冷降溫，控制整個磨削過程中？6片的溫度小于1001，以保證？6試樣組織不發(fā)生改變；將上述預磨好的片用穿孔器切成直徑為3臟的圓片；
[0026]步驟二、使用納秒激光器，該激光器的能量300“，頻率為1取，激光波長采取53211111，通過透鏡聚焦，使激光光束與作為靶材的片表面成30度角，激光輻射作用2分鐘，從而在片上開出斜孔；
[0027]步驟三、對帶有斜孔的片進行酸洗-清洗:
[0028]制備高氯酸與無水乙醇的混合溶液作為酸洗的酸性溶液:將2此的高氯酸緩慢倒入4011^無水乙醇中攪拌獲得酸性溶液；
[0029]酸洗-清洗:用針頭吸取上述配制的酸性溶液，對？6片上激光孔處進行酸洗，隨后用無水乙醇清洗該處，這樣的酸洗-清洗過程重復兩遍；至此制備得到試樣；
[0030]將上述試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0031]實施例2:制備透鏡電鏡金屬啦的試樣，其制備過程如下:
[0032]步驟一、將金屬啦線切割為0.3111111厚的啦片，通過手工磨制將啦片薄至60 4 III，將預磨好的啦片用穿孔器切成直徑為3皿的圓片；
[0033]步驟二、使用皮秒激光器，激光器的能量為100^了，頻率為1狃2，激光波長采取80011111,通過透鏡聚焦，使激光光束與18片表面成50度角，激光輻射作用1-3個飛秒脈沖在18片上開斜孔；
[0034]步驟三、將2此高氯酸緩慢倒入50此無水乙醇中攪拌制備獲得酸洗用的酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對啦片上的激光孔處進行酸洗，酸洗后隨即用去離子水清洗該處，重復這樣的酸洗-清洗過程三遍，至此制備得到透鏡電鏡用金屬試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0035]實施例3:制備透鏡電鏡金屬II的試樣，其制備過程如下:
[0036]步驟一、將金屬II線切割為0.3111111厚的II片，通過手工磨制將II片薄至60 0111，將預磨好的II片用穿孔器切成直徑為3皿的圓片；
[0037]步驟二、使用納秒激光器，激光器的能量為450“，頻率為2取，激光波長采取26611111，通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材II片成60度角，激光輻射作用1分鐘在II片上開出斜孔；
[0038]步驟三、將6此氫氟酸與25此無水乙醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對II片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬II的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0039]實施例4:制備透鏡電鏡金屬八1的試樣，其制備過程如下:
[0040]步驟一、將金屬八1線切割為0.3111111厚的八1片，通過手工磨制將八1片薄至50 4 III，將預磨好的八1片用穿孔器切成直徑為3.的圓片；
[0041]步驟二、使用飛秒激光器，激光器的能量為50^，頻率為1紐2，激光波長采取65011111,通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材八1片成45度角，激光輻射作用1分鐘在八1片上開出斜孔；
[0042]步驟三、將5此硝酸與30此無水乙醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對八1片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用無水乙醇清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬八1的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0043]實施例5:制備透鏡電鏡金屬的試樣，其制備過程如下:
[0044]步驟一、將金屬。線切割為0.3111111厚的II片，通過手工磨制將II片薄至60 9 111，將預磨好的II片用穿孔器切成直徑為3皿的圓片；
[0045]步驟二、使用納秒激光器，激光器的能量為500“，頻率為5取，激光波長采取106?%通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材II片成50度角，激光輻射作用2分鐘在II片上開出斜孔；
[0046]步驟三、將5此硝酸與80此無水乙醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對。片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬。的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0047]實施例6:制備透鏡電鏡金屬％的試樣，其制備過程如下:
[0048]步驟一、將金屬1^1線切割為0.3111111厚的1^1片，通過手工磨制將1^1片薄至60 1}.1II，將預磨好的％片用穿孔器切成直徑為3.的圓片；
[0049]步驟二、使用飛秒激光器，激光器的能量為80^了，頻率為1紐2，激光波長采取80011111,通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材％片成40度角，激光輻射作用1分鐘在％片上開出斜孔；
[0050]步驟三、將6！:！硫酸與40此無水乙醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對％片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬％的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0051]實施例7:制備透鏡電鏡金屬0的試樣，其制備過程如下:
[0052]步驟一、將金屬0線切割為0.3111111厚的0片，通過手工磨制將0片薄至80 III，將預磨好的0片用穿孔器切成直徑為3.的圓片；
[0053]步驟二、使用飛秒激光器，激光器的能量為80^了，頻率為1紐2，激光波長采取80011111,通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材0片成40度角，激光輻射作用1分鐘在0片上開出斜孔；
[0054]步驟三、將6！:！硫酸與40此無水乙醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對0片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬0的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0055]實施例8:制備透鏡電鏡金屬10的試樣，其制備過程如下:
[0056]步驟一、將金屬10線切割為0.3111111厚的10片，通過手工磨制將10片薄至70 1}.1II，將預磨好的10片用穿孔器切成直徑為3皿的圓片；
[0057]步驟二、使用納秒激光器，激光器的能量為900“，頻率為5取，激光波長采取106411111,通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材10片成50度角，激光輻射作用5分鐘在10片上開出斜孔；
[0058]步驟三、將細硫酸與40此無水乙醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對10片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬％的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0059]實施例9:制備透鏡電鏡金屬切的試樣，其制備過程如下:
[0060]步驟一、將金屬評線切割為0.3臟厚的評片，通過手工磨制將評片薄至60 ^ 0，將預磨好的I片用穿孔器切成直徑為3皿的圓片；
[0061]步驟二、使用飛秒激光器，激光器的能量為80^了，頻率為1紐2，激光波長采取80011111,通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材I片成40度角，激光輻射作用1分鐘在I片上開出斜孔；
[0062]步驟三、采用0.511101/1氫氧化鈉水溶液，用針頭吸取該堿性溶液，對I片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬I的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0063]實施例10:制備透鏡電鏡金屬211的試樣，其制備過程如下:
[0064]步驟一、將金屬211線切割為0.3111111厚的211片，通過手工磨制將211片薄至50 4 III，將預磨好的2??！片用穿孔器切成直徑為3皿的圓片；
[0065]步驟二、使用納秒激光器，激光器的能量為700“，頻率為5取，激光波長采取53211111，通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材211片成50度角，激光輻射作用2分鐘在211片上開出斜孔；
[0066]步驟三、將5！??！磷酸與40此無水乙醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對2！！片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬2！！的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
[0067]實施例11:制備透鏡電鏡金屬2^的試樣，其制備過程如下:
[0068]步驟一、將金屬線切割為0.3111111厚的片，通過手工磨制將片薄至80 1}.1II，將預磨好的七片用穿孔器切成直徑為3皿的圓片；
[0069]步驟二、使用納秒激光器，激光器的能量為800“，頻率為10取，激光波長采取53211111,通過透鏡聚焦，使激光光束與靶材七片成50度角，激光輻射作用2分鐘在七片上開出斜孔；
[0070]步驟三、將50高氯酸與280此無水甲醇進行混合制備得到酸性溶液，用針頭吸取該酸性溶液，對七片上的激光開孔處進行酸洗，隨即用丙酮清洗該處，制備得到透鏡電鏡用金屬七的試樣；所得試樣保存在無水乙醇中，以備透射電鏡觀察。
【權利要求】
1.一種透射電鏡金屬試樣制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、米用機械切割方法將金屬切割成厚度為0.2-0.5mm的金屬片,將所述金屬片磨削加工至50-100 μ m厚，磨削加工過程中，控制金屬片的溫度小于100°C，以保證金屬試樣組織不發(fā)生改變； 步驟二、采用脈寬為納秒或皮秒或飛秒級的激光器對上述金屬片進行激光開孔，激光器的激光波長小于1064nm，激光光束與金屬片表面的傾角為30-60°，激光輻射作用后在金屬片上開出斜孔； 步驟三、對金屬片上斜孔處進行酸洗或堿洗，并隨即清洗，這樣的酸洗-清洗或堿洗_清洗過程重復1_3次。
2.根據權利要求1所述的一種透射電鏡金屬試樣制備方法，其特征在于，酸洗所采用的酸性溶液是下述酸性溶液之一: 高氯酸與無水乙醇的混合溶液，其中，高氯酸與無水乙醇的體積濃度比為1:20-30 ； 氫氟酸與無水乙醇的混合溶液，其中，氫氟酸與無水乙醇的體積濃度比為1:4-8 ； 硝酸與無水甲醇的混合溶液，其中，硝酸與無水甲醇的體積濃度比為1:10-20 ； 硫酸與無水甲醇的混合溶液，其中，硫酸與無水甲醇的體積濃度比為1:5-20 ； 硫酸與無水乙醇的混合溶液，其中，硫酸與無水乙醇的體積濃度比為1:5-15 ； 磷酸與無水乙醇的混合溶液，其中，磷酸與無水乙醇的體積濃度比為1:2-10 ； 高氯酸與無水甲醇的混合溶液，其中，高氯酸與無水甲醇的體積濃度比為1:50-60。
3.根據權利要求1所述的一種透射電鏡金屬試樣制備方法，其特征在于，堿洗所采用的堿性溶液為氫氧化鈉與水的溶液，其中，氫氧化鈉水溶液濃度為0.2-2mol/L。
4.根據權利要求1所述的一種透射電鏡金屬試樣制備方法，其特征在于，清洗所采用的清洗液是無水乙醇、去離子水和丙酮中的一種。
【文檔編號】G01N1/28GK104297036SQ201410578687
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權日:2014年10月24日
【發(fā)明者】魏強, 李薇, 許偉澤, 劉浩銳 申請人:天津大學