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三離子束切割技術(shù)在金剛石/鋁復(fù)合材料界面分析中的應(yīng)用
非均相材料中的微結(jié)構(gòu)一直是分析測(cè)試中的難點(diǎn),傳統(tǒng)的機(jī)械拋光方法往往無法獲得光滑的表面,而一種新型離子束切割技術(shù)是一種解決該問題的有效方法。本文介紹了一種應(yīng)用于金剛石/鋁復(fù)合材料金相制樣的新型三離子束(TIB)切割技術(shù)。
隨著各種新型電子儀器、設(shè)備層出不窮,市場(chǎng)迫切需要開發(fā)能夠有效應(yīng)對(duì)熱膨脹、高效實(shí)現(xiàn)電子組件散熱,以確保器件性能處于最佳狀態(tài)的新型材料。近期,一種金剛石強(qiáng)化的鋁基(金剛石/鋁)復(fù)合材料問世,其具有出色的導(dǎo)熱性能。然而,受非均質(zhì)材料的本質(zhì)的影響,分析其微結(jié)構(gòu)難度較大。為此,市場(chǎng)迫切需要針對(duì)這種非均質(zhì)材料開發(fā)一種新的制備方法。本文介紹了一種應(yīng)用于金剛石/鋁復(fù)合材料金相制樣的新型三離子束(TIB)切割技術(shù)。
三離子束的優(yōu)勢(shì)
樣品使用鋁粉作為基質(zhì)材料,使用不同尺寸大小的合成金剛石顆粒(30和200 nm)獲得兩組金剛石/鋁復(fù)合材料。為凸顯TIB切割的效率,預(yù)先使用配有金剛石顆粒研磨片的三角拋光器,對(duì)樣品進(jìn)行機(jī)械拋光。該TIB技術(shù)使用徠卡EM TIC 3X TIB斜面擋板,以制備高質(zhì)量的樣品表面。徠卡EMTIC 3X使用三離子束而非單離子束,他們?cè)趽醢暹呇刂行慕徊嫘纬沙梢粋€(gè)100°的研磨區(qū)域(圖1)。在樣品加工過程中,樣品位置保持不同,因此與其他需要擺動(dòng)樣品的方法相比,本方法中樣品和樣品臺(tái)之間的熱量傳遞效果更好。同時(shí),使用安裝的雙目顯微鏡,可實(shí)時(shí)觀察并調(diào)整離子束加工時(shí)間,直到獲得金剛石/鋁平整的表面。
三離子束技術(shù)制備光滑表面
金剛石和鋁顯著的硬度差異,導(dǎo)致即便重復(fù)地進(jìn)行機(jī)械拋光,最終樣品表面仍會(huì)存在5-15納米的粗糙度。機(jī)械拋光的主要缺點(diǎn)是會(huì)形成不平整的表面,這取決于材料本身的特性,以及使用聚合物拋光片造成的表面污染。制備所得的不平整表面會(huì)導(dǎo)致EDX錯(cuò)誤的分析結(jié)論,同時(shí)在FIB制備中也很難選擇到理想的加工位置。因此,這種質(zhì)量的樣品表面不適合進(jìn)行金相研究。相比之下,TIB制備的樣本表面非常光滑,在鋁基質(zhì)上甚至能觀察到晶粒襯度差異(圖2)。
離子研磨結(jié)果幾乎無偽影
最初,我們猜想本研究中使用的TIB方法會(huì)在離子研磨期間產(chǎn)生偽影。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,由于離子束平行于樣品表面,金剛石和鋁可以能夠均等地被研磨,因此所制備平整的拋光表面幾乎沒有任何偽影。
SEM/EDX分析顯示:30納米的金剛石/鋁樣本中的界面顆粒富含鋁、氧和碳,界面相鄰的鋁基質(zhì)上的氧和碳含量幾乎可忽略不計(jì)。該結(jié)果對(duì)復(fù)合材料的全局熱屬性有顯著影響。由于本案例中沒有使用氧化鋁,因此氧化鋁顆粒可能主要來自原始鋁粉顆粒中所含的氧化鋁層。
結(jié)論
TIB技術(shù)可為界面表征制備出近乎wan mei的無偽影表面。已制備表面顯著降低了SEM成像和光譜學(xué)中的不確定性,以便能夠明確表征出30和200金剛石/鋁復(fù)合材料中各自的亞微米氧化鋁顆粒和干凈平整的表面。所獲得的表面也非常適合進(jìn)一步使用FIB加工,以進(jìn)行TEM表征。