扫描电子显微镜在陶瓷材料中的应用

扫描电子显微镜在陶瓷材料中的应用1．前言随着科学技术的不断进步，扫描电子显微镜(SEM)的质量和装置有了较大的改进，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材料的微观分析和成分分析，已经成为材料科学、生命科学和各生产部门质量控制中不可缺少的工具之一。扫描电子显微镜与其它近代测试技术相结合用来研究原材料的矿物结构形态与材料生产工艺、性能的关系；研究材料的微观结构、物相组成与其性能的关系；寻找改进材质的途径和研制预见性的新材料。下面根据本人十几年来的工作经验，谈谈扫描电子显微镜在陶瓷材料中的应用。2．陶瓷原料的显微结构分析扫描电子显微镜对陶瓷原料的研究十分方便，可以直接观察和分析原料的矿物结构形态及颗粒的大小、形状、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，是陶瓷生产的基础原料。粘土的结构届层状硅酸盐，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)。扫描电子显微镜观察非常细微的粒子构造，它和粒度分析相结合用以从理论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净粘土，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)三种结构，图3为高岭土中微小片状结构和柱状结构共生的扫描电子显微图象。扫描电子显微镜可以直接观察色料粉末的微观形态，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状态。陶瓷材料在烧结过程中形成的显微结构，在很大程度上由原料粉体的特性，如颗粒度、颗粒形状、团聚状态等决定的，这些特性借助于扫描电子显微镜可以直观地进行观察与分析。图1粘土矿物的SEM照片井图2赤高岭维土中欲柱状拔结构半的S华EM朴照片吩图3始高岭列土中魄片状水、柱拿状结衬构共洪生的颠SE乎M照胞片湖图4乓釉料辨的S观EM挣照片沈窗扁速用酿于特很种陶允瓷的饭粉体僵颗粒狭形状佣、大恩小、跟均匀篮程度愤对于法特种屿陶瓷筝的性耻能有械着较叙大的灶影响贴，研酱究粉贯体颗感粒的爷形状棍、大殊小、弓均匀因程度揭与特歇种陶牢瓷性校能的须关系偿是陶踏瓷学衬者们揪研究沫的重结要课伏题之肝一．丈特种吸陶瓷吵粉体潜的制胳备方潮法很炒多，厨颗粒碰的粒宰度分宽布范歇围广妻，颗身粒形扁状千板差万饮别，牵扫描湾电子托显微落镜是返研究惯特种场陶瓷撕粉体鸦颗粒凭形状孩、大恩小及挣分布明的主似要工优具。强3．凭陶瓷朋材料疲的显册微结硬构分物析版犯躺截陶昂瓷材金料及酸其制艰品因能具备闲许多父其它孟材料崇所没黑有的榜性能蜂而得划到飞绵速发碎展。春特别在是多托品种户的普枝通及干尖端栗新型哀工业瞒瓷的捧出现负，使杠陶瓷葵材料规进入纹了各叔个领坑域。丘陶瓷领生产岁的工遥艺条重件、刘显微鞭结构巨与制绳品的冲性能咽三者辟具有列紧密爆的相阅互关斩系。疏研究撑陶瓷扇的显船微结担构，勾可以病推断胞工艺龟条件怜的变铅化。课另外奉，一锅定的蚊显微讽结构唯又确为定和盟反映棵出陶民瓷性银能的爸优劣践。榆贴映戏普版通日掌用陶陆瓷结获构致兵密，晋但仍绩存在亩一定芬量的衡分布钥均匀政近圆榆形或它椭圆侄形的烦微孔解(见欢图5黄)，蚀这些洋微孔阶大小愚仅2朋m)絮左右约，一屡般的匠分析趁方法晌无法肾直接辅反映保这些眼微孔娃的形危状和扑大小乱，扫吸描电督子显亮微镜慎可以艰清楚疲地反榆映和弟记录侦这些肆微观剩特征现。日适用瓷攻瓷脂汤是由醒莫来嫌石晶箩体、摩残余和石英游晶体泄、玻茶璃质亩以及充气孔涌组成值的复些杂多脚相系辰统。踪瓷脂并显微德结构肤中晶诞相、跟玻璃钟相、挺气孔地的分割布状随况(掀形状乘、大词小、治数量聪)以体及晶劈粒的六取向报、晶翠粒的独均匀昌度和牙杂质唐分布匪情况梁等直丈接影妻响和姻决定思了瓷倍胎的额物理鞠化学屿性质壳，并佛以此惊作为江改进步瓷胎阴配方编、指型导生拥产和郑合理胃控制嘴工艺妇过程忘的科总学依扰据。句陶瓷融墙地梯砖釉壳层的写厚度沾及釉严层与灰坯体贿的结母合状培况对灾陶瓷绝墙地仰砖使优用寿伤命有格着直顺接的梢关系贵，图削6为扑某厂支生产颗的瓷似砖断倚口的绿二次伸电子惹图象名，该感图象萝清楚离地反母映出剖瓷砖落的三再个层起，即料釉层遭(左剪边)抖、过针度层返(中寺间层己)和订坯体叹(右宴边)针。总吸体上打釉层醒与坯合体结苦合较望好，宿界面蛮上无赏明显窑裂缝拉和气燕孔、昂气泡蓄。釉贪层结锁构致纯密，倾有少听量圆惩形气学泡；痒过度绞层系调釉溜瓶入坯喝体所链致，葱反映惜出釉嘱溜入侍坯体丘的深苏度。夸釉渗中入坯吩体后顺充填增了坯鹿体中腾的大晓量微祖孔，陈但仍运残留样了少朋量微无孔和孔气泡从。坯雹体为嘴多孔限疏松色结构腾，坯周体进闯一步责放大省后可纠观察打其烧胳结状贤况。堪图5畏普通毒日用兆瓷断小口的通SE诵M照腹片帖图6撕瓷砖产断口寸的S垂EM杜照片剂化咬瑞鲜为了倦弄清蹄楚特漠种陶兄瓷显奸微结氏构的浆形成槐过程倚及控莲制机质理等仿，直妇接的六显微吊观察转与成主份分拔析是咏必不圆可少赞的，僻因为瓦它为沾表征接材料忽的显爷微结坊构提兽供重迟要的巴以至度定性钩、定条量的衬参考咐。晶舞粒是颤多晶愁陶瓷抢材料纺中晶闹相的屠存在墙单元爆．晶坏体生么长时下物理梦化学鸟条件副和外包界环亏境的丧不同红变化升，会林严重鲁影响旦晶体央的形希态，播对陶身瓷材凭料来拜说，版就会凭造成拒显微心结构窗上的按千差跑万别衫．斯双暮论在鸭陶瓷巧多晶烧材料滚中，苦最常呢见最忽大量荐的晶拴粒都兰是呈浙不规打则的诱它形宽晶。季晶粒触的形顷状对禁材料马的性眨能影眨响很宵大。蛙例如替：越α告-S愚i千3鸣N筑4妇陶瓷辛晶粒船呈针绑状，显而而β鼻-S穿i狗3装N餐4右陶瓷带晶粒泥呈粒扮状或敏短柱域状，征前者峡抗折酱强度旁比后器者几矿乎大疼一倍惕．A龙1好2热O指3得陶瓷忙(9购5瓷闻)在新正常怨条件零下烧椅结，芳结晶毛较好携，由棕于晶翼体生愤长互罗相挤出压而扭呈多庸面体三，其枣断口扰呈块赞状脆劝性断侄口形锯貌特跃征(银见图回7)食，为厦沿晶狠断裂糟。而甜较高派温度芦下烧宅结的叼A1识2污0沸3结陶瓷膊(9悟5瓷垮)，蓝结晶散粗大些，晶掘体中秋包裹虫了大恢量微样孔和安气泡完(见凝图8橡)．质前者带耐磨储性较甲好，赚而后始者耐铜磨性舅较差虾，在梨摩擦绝试验矿中呈叛块状塘碎屑私脱落绳．氮者化铝讲陶瓷逢结构论致密貌，强持度高鲁，硬雀度大雁，其脊断口恭呈阶均梯状陪、贝臂壳状匙特征言，其跟断裂谎方式凶为穿雨晶断丑裂．胜正常晕温度论下烧扣结的样Zr嗓0堆2蚁陶瓷毕其晶拦粒为石多面败体，拒晶粒恐大小廉较均顽匀，摊无明啦显气屈孔，敞其断路裂方逗式为叛沿晶倍断裂湿(见哄图9明)．镰蓄健要绢WC细-C每o陶产瓷的逼致密张化有秧利于啦陶瓷蛛硬度姨和强腰度的编提高海，而选晶粒阴长大圣则使吉性能迁变差酱，烧咐结温亮度和叹烧结蝶时间怠是影这响致以密化痒或晶对粒长酬大的赚主要狠因素债．图撇：L秆O为册正常脏务件悟下烧及成的策WC琴-C贝o陶导瓷的烂断口锄形貌皇，晶晓粒细雄小且造均匀茫，整蔬体结限构致很密，胃无明浊显气粪孔。龄图7能.正绣常温挺度烧缎结的凳A1押2猪0跟3松陶瓷兄断口追形貌组图8侵较高伏温度圾烧结踪的A彩1予2笼0圆3驶陶瓷宪的断腰口形悄貌切图9族Z心r0注2类陶瓷尾的断务口形条貌趟图1剃0赚WC秘-C蒸o陶巨瓷的倾断口华形貌区畅4．悬结语掀火两柏以驾上所扇述仅构仅是猜扫描嚷电子扰显微桥镜在锅陶瓷困研究寄中应招用的徐几个牌方面序。结杠合具押体研似究方务向可惠以比犯较深泄入地扎研究夜各种秧陶瓷蕉材料挎的微副观结预构与倾工艺跌条件气及性晨能的厉关系兆。现慕在，蛾扫描毯电子胳显微估镜向签着多遇种附擦件和皂特殊涂功能还的方处向发拿展，索相应园的分滔析软乓件越盘来越随智能纱化和爹合理厕化。客扫描吊电子固显微秃镜的犯主要金附件悲有：狠¨沾X射珠线显盘微分括析系雷统(趴即能投谱仪抵)，释主要窃用于河元素瓦的定物性和演定量绪分析纱：电梯子背喷散射丑(E泳BS纷P)垫系统邻(即喷结晶秤学分椅析系果统)匹，主醉要用申于晶始体和