Лекция Рентгеноспектральный микроанализ Low HV small interaction

Лекция Рентгеноспектральный микроанализ

Low HV: small interaction volume • High X-ray spatial res. • Quant analysis <300 nm • High Z: L-lines

X-Max – Новый уникальный SDD детектор с большой активной площадью кристалла

электронном микроскопе под характеристики детектора ЭДС – получайте изображение наилучшего качества при малых токах зонда, а точный и быстрый микроанализ теперь возможен при любых условиях Новые SDD детекторы X-Max с активной площадью кристаллов, на выбор • Типичное разрешение по энергии - 123 -126 э. В на линии Mn Ка, 53 -56 э. В на линии С Ка • Гарантированные характеристики разрешения по энергии (<129 э. В, Mn Ка) не зависят от площади

В чем преимущества X-Max? • Достоинства кремний-дрейфового детектора (SDD): – – Охлаждение без жидкого азота Высокая скорость Хорошая статистика счета Сокращение времени анализа • Объединены с преимуществами ЭДС от Oxford Instruments: – – Точность Гарантированные характеристики Лучшая программная платформа для ЭДС - INCAEnergy Вас поддерживает компания с 35 -летним опытом производства

В чем уникальность детекторов X-Max? X-Max предлагает самые большие из возможных активные площади кристаллов без компромиссов в характеристиках: – Типичное разрешение на Mn Ка - 125 e. V – Диапазон элементов – от бериллия – Гарантированные характеристики разрешения по C и F соответствуют стандарту ISO 15632: 2002 – Высокие скорости счета до 500000 имп/сек

X-Max обеспечивает высокую производительность ЭДС микроанализа без необходимости увеличения тока зонда или приближения детектора к образцу Традиционный 10 мм 2 детектор обладает малым телесным углом = малая интенсивность X-Max обладает большим телесным углом = высокая интенсивность

Анализ микрочастиц с детектором X-Max 80 мм 2 Частица продуктов выстрела картировалась детектором X-Max 80. Наложение и смешивание рентгеновских карт отчетливо демонстрирует очень мелкие частицы на поверхности – их можно картировать не только на плоских, но и криволинейных поверхностях

Эффективный наноанализ Fe Cr Al Mg Образец шлака 15 к. В 80, 000 имп/сек 2 часа Размер некоторых из этих наноструктур всего 600 нм

X-Max для просвечивающих электронных микроскопов - X-MAX 80 TEM Al Ti • Анализ с высокой скоростью O Ni – Качество результатов – как для РЭМ Антикоррозионное покрытие на суперсплаве, 45 мин. при 30000 имп/сек ПЭМ Cameo+ снимок ПЭМ Количественные карты (Quantmap) Data courtesy of M. Q. Chu, F. Schennach, H. E. Evans and I. P. Jones, School of Metallurgy and Materials, University of Birmingham, UK

Системы анализа дифракции отраженных электронов (EBSD - ДОЭ) для РЭМ Электронный зонд микроскопа Полюсный наконечник Фосфоресцирующий экран Детектор EBSD/ДОЭ BSD – детектор обратно отраженных электронов FSD – детектор вперед отраженных электронов Образец

Формирование картины дифракции отраженных электронов Фосфоресцирующий экран Кремний Сферическая картина Кикучи

Introduction to EBSD (Electron Backscatter Diffraction) • • • For EBSD, a beam of electrons is directed at a point of interest on a tilted crystalline sample in the SEM The atoms in the material inelastically scatter a fraction of the electrons, with a small loss of energy, to form a divergent source of electrons close to the surface. Some of these electrons are incident on atomic planes at angles which satisfy the Bragg equation.

Kikuchi bands: a 2 -D pattern with 3 -D information

EBSD Prior et al. (1999) American Mineralogist: 84, 17411759.

EBSD Prior et al. (1999) American Mineralogist: 84, 17411759.

Система анализа дифракции отраженных электронов (EBSD или ДОЭ) для РЭМ ЭДС и ВДС – методы химического микроанализа EBSD – метод микроструктурного анализа • • • Легкий и удобный текстурный анализ, построение карт ориентировки кристаллитов, выделение спец. границ, построение полюсных фигур и т. д. Дискриминация фаз и построение карт распределения кристаллических фаз Определение размера кристаллитов

Kikuchi-Pattern Zone axis planes indexing • • • The electrons are diffracted to form a set of paired large angle cones corresponding to each diffracting plane. The regions of enhanced electron intensity between the cones produce the characteristic Kikuchi bands of the electron backscattered diffration pattern. Each Kikuchi band can be indexed by the Miller indices of the diffracting crystal plane which formed it. The intersections of the Kikuchi bands correspond to zone axes in the crystal.

Oxford Instruments и HKL Technology: Системы анализа структуры и текстуры кристаллических материалов методом дифракции отраженных электронов • Сочетание лучшего в мире детектора с наиболее гибким программным обеспечением. • Две системы анализа ДОЭ (EBSD) построены на базе детекторов Nordlys: • Детекторы Nordlys – обеспечивают самую высокую скорость и качество картирования ориентации кристаллитов – более 600 точек в секунду. • INCA Crystal – система автоматического анализа текстур материалов для рутинных исследований и контроля качества в производстве; • HKL Channel 5 – система для решения наиболее сложных задач анализа, ориентированная на академических пользователей; • INCA Synergy – интегрированная система на базе энергодисперсионного анализатора Inca Energy и EBSD HKL Channel 5 - для одновременного анализа структуры, текстуры и химического состава.

Получение карт ориентации • Кристаллиты разной ориентации производят отличающиеся друг от друга картины ДОЭ (Кикучи) • Анализируя картины ДОЭ можно получить информацию об ориетации кристаллита под электронным зондом

Crystal orientation measurements

From Microscopy Today, Jan/Feb 1993

Assembly of our Samples Sn-Ag-Cu alloy Au Ni Cu circuit board • • 5 different combinations of Sn-Ag(1 -5%wt. )-Cu(0, 5 -1, 2%wt. ) alloys where used for testing During the reflow (soldering) process, the gold dissolutes into the solder alloy. The soldering was carried out with fast and slow cooling rates in order to vary the size of the intermetallic phases Smallest measurable phase was about 300 nm in diameter.

Reflow process • • The reflow was done with a microscope oven with a temperature range from -196° to 350 °C (Linkam) Fast cooling rates were accomplished by the use of helium gas. Heating rate Holding time (above liquidus) Cooling rate Slow cooling 0, 5 K/s 360 s 0, 1° K/s „normal“cooling 0, 5 K/s 60 s 5° ± 2° K/s Fast cooling 0, 5 K/s 0 s 440° ± 25° K/s

Optical pictures of the samples after different cooling rates Ni Cu slow cooling, 0, 1° K/s fast cooling, 440° ± 25° K/s

Preparation • Embedding of the samples in epoxy resin mixed with carbon powder to diminish charging. • Polished sections where highly ion-etched for 2 minutes with the MET-Etch system from Gatan (for better optical analysis). • Final stage was to ion-polish it with MET-Etch to achieve good EBSD pattern. • Sections had to be covered with diluted Conductive-C on the epoxy resin areas for the measurements. • The samples where not coated!

Orientation Contrast Imaging • The upper two diodes detect backscattered electrons (BSE imaging) • Intensity varies with mean atomic number (Z) and is proportional to Z 1. 7 Exact same sample area • The lower two diodes detect forescattered electrons (OC imaging) • Intensity varies due to differences in crystal orientation >> Z www. oxford-instruments. com/products/microanalysis/ebsd

Orientation Contrast Imaging • The control of the lattice on the variation in BSE intensity with exit beam trajectory is known as channeling-out (and diffracted beam) • The control of the lattice on the variation in BSE intensity with incident beam trajectory is known as channeling-in Prior et al. (1999) American Mineralogist: 84, 1741 -1759.

Measurements • EOScan/VEGA 5130 XL • HV = 20 k. V • WD = 20 mm • Tescan MIRA/LM (Field-Emission) • HV = 20 k. V • WD = 15 mm

Available binary intermetallic phases in databases for indexing with EBSD: Sn Phase Crystal structure Database Cu Cu 6 Sn 5 Cu 3 Sn monoclinic orthorhombic NIST ICSD/NIST Ni Ni 3 Sn 4 monoclinic NIST Ag Ag 3 Sn rhombic NIST Au Au. Sn 4 hexagonal (hcp) NIST

Expected intermetallic phases, indicated through EDX-measurements and literature. Au Cu Ni Sn atomic radius (nm) 0, 144 0, 128 0, 125 0, 158 lattice structure fcc fcc tetragonal Sn Cu Ni Cu 6 Sn 5 Ni 3 Sn 4 (Cu, Ni)6 Sn 5 (Ni, Cu)3 Sn 4 (Cu, Ni, Au)6 Sn 5 (Ni, Cu, Au)3 Sn 4