扫描电子显微镜在陶瓷材料中的应用

1、.：.；扫描电子显微镜在陶瓷资料中的运用1前言 随着科学技术的不断提高，扫描电子显微镜(SEM)的质量和安装有了较大的改良，分辨率和放大倍数也越来越高，功能越来越齐全。数字化扫描电子显微镜的出现，使扫描电子显微镜完全由计算机控制，操作更加简单、方便。扫描电子显微镜主要用于各种资料的微观分析和成分分析，曾经成为资料科学、生命科学和各消费部门质量控制中不可短少的工具之一。扫描电子显微镜与其它近代测试技术相结合用来研讨原资料的矿物构造形状与资料消费工艺、性能的关系；研讨资料的微观构造、物相组成与其性能的关系；寻觅改良材质的途径和研制预见性的新资料。下面根据本人十几年来的任务阅历，谈谈扫描电子显微镜在

2、陶瓷资料中的运用。2陶瓷原料的显微构造分析 扫描电子显微镜对陶瓷原料的研讨非常方便，可以直接察看和分析原料的矿物构造形状及颗粒的大小、外形、均匀程度等。普通陶瓷的原料之一粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，是陶瓷消费的根底原料。粘土的构造届层状硅酸盐，晶体呈片状，晶体外形是从轮廓清楚到模糊不清的六角形鳞片状或层状(见图1)。扫描电子显微镜察看非常细微的粒子构造，它和粒度分析相结合用以从实际上制定该粘土的可塑性及浇注性能。高岭土是一种主要由高岭石组成的纯真粘土，在各地高岭土的扫描电子显微镜分析中主要发现有六角形片状、管状和柱状(见图2)三种构造，图3为高岭土中微小片状构造和柱状构造共生的扫描电子显微图象

3、。扫描电子显微镜可以直接察看色料粉末的微观形状，色料合格品颗粒均匀，结晶度较好(见图4)；而劣质品中有大颗粒存在，粒度分布不均匀，且有部分颗粒呈熔蚀形状。陶瓷资料在烧结过程中构成的显微构造，在很大程度上由原料粉体的特性，如颗粒度、颗粒外形、聚会形状等决议的，这些特性借助于扫描电子显微镜可以直观地进展察看与分析。图1粘土矿物的SEM照片图2高岭土中柱状构造的SEM照片图3高岭土中片状、柱状构造共生的SEM照片图4釉料的SEM照片 用于特种陶瓷的粉体颗粒外形、大小、均匀程度对于特种陶瓷的性能有着较大的影响，研讨粉体颗粒的外形、大小、均匀程度与特种陶瓷性能的关系是陶瓷学者们研讨的重要课题之一特种陶瓷

4、粉体的制备方法很多，颗粒的粒度分布范围广，颗粒外形千差万别，扫描电子显微镜是研讨特种陶瓷粉体颗粒外形、大小及分布的主要工具。3陶瓷资料的显微构造分析 陶瓷资料及其制品因具备许多其它资料所没有的性能而得到飞速开展。特别是多种类的普通及尖端新型工业瓷的出现，使陶瓷资料进入了各个领域。陶瓷消费的工艺条件、显微构造与制品的性能三者具有严密的相互关系。研讨陶瓷的显微构造，可以推断工艺条件的变化。另外，一定的显微构造又确定和反映出陶瓷性能的优劣。 普通日用陶瓷构造致密，但仍存在一定量的分布均匀近圆形或椭圆形的微孔(见图5)，这些微孔大小仅2m)左右，普通的分析方法无法直接反映这些微孔的外形和大小，扫描电子

5、显微镜可以清楚地反映和记录这些微观特征。日用瓷瓷脂是由莫来石晶体、剩余石英晶体、玻璃质以及气孔组成的复杂多相系统。瓷脂显微构造中晶相、玻璃相、气孔的分布情况(外形、大小、数量)以及晶粒的取向、晶粒的均匀度和杂质分布情况等直接影响和决议了瓷胎的物理化学性质，并以此作为改良瓷胎配方、指点消费和合理控制工艺过程的科学根据。陶瓷墙地砖釉层的厚度及釉层与坯体的结合情况对陶瓷墙地砖运用寿命有着直接的关系，图6为某厂消费的瓷砖断口的二次电子图象，该图象清楚地反映出瓷砖的三个层，即釉层(左边)、过度层(中间层)和坯体(右边)。总体上釉层与坯体结合较好，界面上无明显裂痕和气孔、气泡。釉层构造致密，有少量圆形气泡

6、；过度层系釉溜入坯体所致，反映出釉溜入坯体的深度。釉渗入坯体后充填了坯体中的大量微孔，但仍残留了少量微孔和气泡。坯体为多孔疏松构造，坯体进一步放大后可察看其烧结情况。图5普通日用瓷断口的SEM照片图6瓷砖断口的SEM照片 为了弄清楚特种陶瓷显微构造的构成过程及控制机理等，直接的显微察看与成份分析是必不可少的，由于它为表征资料的显微构造提供重要的以致定性、定量的参考。晶粒是多晶陶瓷资料中晶相的存在单元晶体生长时物理化学条件和外界环境的不同变化，会严重影响晶体的形状，对陶瓷资料来说，就会呵斥显微构造上的千差万别 在陶瓷多晶资料中，最常见最大量的晶粒都是呈不规那么的它形晶。晶粒的外形对资料的性能影响

7、很大。例如：-Si3N4陶瓷晶粒呈针状，而-Si3N4陶瓷晶粒呈粒状或短柱状，前者抗折强度比后者几乎大一倍A12O3陶瓷(95瓷)在正常条件下烧结，结晶较好，由于晶体生长相互挤压而呈多面体，其断口呈块状脆性断口形貌特征(见图7)，为沿晶断裂。而较高温度下烧结的A1203陶瓷(95瓷)，结晶粗大，晶体中包裹了大量微孔和气泡(见图8)前者耐磨性较好，而后者耐磨性较差，在摩擦实验中呈块状碎屑零落氮化铝陶瓷构造致密，强度高，硬度大，其断口呈阶梯状、贝壳状特征，其断裂方式为穿晶断裂正常温度下烧结的Zr02陶瓷其晶粒为多面体，晶粒大小较均匀，无明显气孔，其断裂方式为沿晶断裂(见图9) WC-Co陶瓷的致密

8、化有利于陶瓷硬度和强度的提高，而晶粒长大那么使性能变差，烧结温度和烧结时间是影响致密化或晶粒长大的主要要素图：LO为正常务件下烧成的WC-Co陶瓷的断口形貌，晶粒细小且均匀，整体构造致密，无明显气孔。图7.正常温度烧结的A1203陶瓷断口形貌图8较高温度烧结的A1203陶瓷的断口形貌图9 Zr02陶瓷的断口形貌图10 WC-Co陶瓷的断口形貌 4结语 以上所述仅仅是扫描电子显微镜在陶瓷研讨中运用的几个方面。结合详细研讨方向可以比较深化地研讨各种陶瓷资料的微观构造与工艺条件及性能的关系。如今，扫描电子显微镜向着多种附件和特殊功能的方向开展，相应的分析软件越来越智能化和合理化。扫描电子显微镜的主要附件有：X射线显微分析系统(即能谱仪)，主要用于元素的定性和定量分析：电子背散射(EBSP)系统(即结晶学分析系统