Электронно-оптические методы исследования

Схема чувствительности оптических приборов в сравнении с человеческим глазом представлена на рис. 3.5.

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)

Данный микроскоп дает еще большее увеличение, чем РЭМ, широко применяется благодаря следующим достоинствам:

- высокая разрешающая способность;

- возможность изучения структуры в объеме образца (не плоского, а объемного).

Поток быстрых электронов получают в электронной пушке, как в РЭМ. Под действием ускоряющего напряжения электроны разгоняются, проходя через отверстие в аноде, затем конденсорные линзы формируют параллельный пучок электронов, после чего этот узкий пучок проходит через образец и далее – через систему линз и попадает на экран.

Схема хода лучей в ПЭМ представлена на рис. 3.6.

 

В ПЭМ можно исследовать образцы двух видов:

- тонкие металлические фольги;

- реплики.

В 1 случае кусочек металла полируют и подвергают химическому травлению до появления дырки. Тонкие края металла возле дырки становятся прозрачными для электронов. Фрагменты таких тонких образцов и называют фольгами.

Во 2 случае получают методом нанесения или напыления тонкие пленки, копирующие рельеф поверхности образца из прозрачного для электронов материала, которые и называют репликами. Материалом для изготовления реплик служат лак или углерод, которые наносят очень тонким слоем, толщиной несколько десятков нм. Потом для повышения контраста реплику оттеняют каким-либо тяжелым металлом, например, платиной, под углом к поверхности образца. Затем реплику осторожно снимают и изучают в ПЭМ. Схема получения реплик показана на рис. 3.7.

 

 

Лабораторная работа №4

Хрупкие и вязкие изломы

По энергоемкости изломы делятся на 2 основные группы: вязкие и хрупкие и промежуточный – квазихрупкий.

И хрупкие, и вязкие изломы могут быть как межзеренные, т.е. интеркристаллитные, так и внутризеренные, т.е. транскристаллитные. Только квазихрупкий излом может быть внутризеренным.

Хрупкому излому практически не предшествует пластическая деформация. Трещина распространяется очень быстро со скоростью несколько км/сек.

Самая неблагоприятная разновидность изломов – межкристаллитный излом. Если по границам зерен расположены хрупкие выделения, то трещина проходит именно там. При этом весь объем зерна (кроме небольшой приграничной зоны) не участвует в сопротивлении разрушению.

Если зерна крупные, то число препятствий в виде границ зерен мало. А если излом транскристаллитный, это означает возможность его продвижения на большие расстояния почти без препятствий. Если для этого типа излома зерна мелкие (излом остается транскристаллитным), то каждый раз при переходе через границу от одного зерна к другому возрастает работа распространения трещины.

Каждое зерно растет из своего центра и произвольно ориентировано в пространстве. Разрушение легко идет вдоль определенных кристаллографических плоскостей. Поэтому при переходе через границу трещина поворачивается, теряя при этом энергию.

Таким образом, мелкокристаллические материалы менее склонны к хрупкому разрушению, чем крупнокристаллические.

Валентность разрушения хрупкого излома представляет собой плоские участки разрушения, называемые «фасетками». На них нет микрорельефа. Если разрушение будет идти по вязкому механизму, то разрушение будет происходить путем слияния микропустот (рис. 4.1 а).

 

Рис. 4.1. Ямки: а- примерно одинаковые ямки; б-ямки, сгруппировавшиеся у вершины трещины; в-ямки, возникшие при вязком срезе.

 

Включения, которые не встроены в кристаллическую решетку, а образуют самостоятельные изолированные включения, можно представить в виде островков, окруженных основным металлом. При пластической деформации объемы металла вокруг хрупких включений, удлиняются, в результате остаются тонкие продольные перегородки, которые разрываются, образуя 2 поверхности излома, на которых видны половинки пор или ямки.

На практике чаще встречаются изломы смешанные, в которых встречаются участки как хрупкого, так и вязкого разрушения (рис. 4.2, 4.3).

Рис. 4.2. Шкала изломов с различной долей вязкой составляющей: В- вязкая и Х- хрупкая составляющая.

Рис. 4.3. Типичные фрактограммы изломов с различной долей вязкой составляющей: а- ударные образцы.

Лабораторная работа № 5