材料现代分析测试第十二章

材料现代分析测试第十二章第1页，课件共22页，创作于2023年2月电子探针的功能

电子探针的功能：进行微区成分分析.它是电子光学和X射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器。其原理是用喜聚焦电子束入射样品表面，激发出样品的特征X射线，分析特征X射线的波长（或特征能量），即可知道样品中所含元素的种类（定性分析），分析X射线的强度，则可知道样品中对应元素含量多少（定量分析）。

第2页，课件共22页，创作于2023年2月

分析理论基础及方法

理论基础：

莫塞莱定率

h:plank常数K:与马德堡常数有关

σ：屏蔽常数L系常用K系第3页，课件共22页，创作于2023年2月

§12.1电子探针结构与工作原理

------电子探针结构

第4页，课件共22页，创作于2023年2月电子探针仪与SEM镜筒大致相同,仅接收物理信号有区别,现一般在SEM上加装特征X射线探测附件,可对同一区进行组织、成分分析.两种展谱方式1.WDS：WaveDispersiveSpectroscopy利用波动性

逐一展谱2.EDS：EnergyDispersivepectroscopy利用粒子性h

同时展谱第5页，课件共22页，创作于2023年2月§12.1电子探针结构与工作原理

-----波谱仪(WDS)

1.工作原理

常用波谱仪为全聚集直进式,由分光晶体、X射线探测器和相应机械传动装置组成.其原理如下:样品、分光晶体、探测器位于聚焦圆上,入射电子束照射样品,因含不同元素,产生不同波长特征X射线,位于B点的分光晶体(由一组平行晶面d组成)与特征X射线的某一波长,满足衍射条件,产生的衍射线会聚于C点,此波长为

第6页，课件共22页，创作于2023年2月分光晶体

第7页，课件共22页，创作于2023年2月直进式波谱仪

第8页，课件共22页，创作于2023年2月2.分析方法

上式中,当d、R一定时,分光晶体沿直线AB运动,使L由大到小变化,便可测出照射区的特征X射线波长、强度----荧光屏显示谱线-----元素组成.合金钢定点分析谱线

第9页，课件共22页，创作于2023年2月3.结构

1)分光晶体

波谱仪不能很大,L有限(L=10-30cm).当L=10-30cm,R=20cm时,θ=15—650.由知,仅用一分光晶体只能测有限波长范围,即有限元素分析.要分析Z=4—92,需使用不同d的分光晶体,常用弯曲分光晶体见表14-1.2)X射线探测器:

与X射线衍射仪相同的正比、闪烁计数管.3)X射线计数和记录系统探测器-----信号放大-----多道分析、计数----记录(XY记录仪、打印、荧光屏)---

谱线

第10页，课件共22页，创作于2023年2月§12.1电子探针结构与工作原理

-----能谱仪(EDS)

1.工作原理

锂漂移硅检测器能谱仪框图

第11页，课件共22页，创作于2023年2月锂漂移硅检测器：Si(Li)或Ge(Li)

原理：Li补偿P型中受主杂质，使原PN结中的耗尽已扩大，形成稳定中间层。X光子作用下，原子电离产生电子/空穴对.一个光子(E)产生的电子/空穴对(ε)N=E/ε.入射光子E---N---电流脉冲高度---放大并转化成电压脉冲---多道分析器把相同高度脉冲累加计数强度CPS

PN中间层_+前置放大器能谱仪

第12页，课件共22页，创作于2023年2月2.分析方法

EDS同时计数分析,根据E—I谱线中峰的特征E值,确定元素.

第13页，课件共22页，创作于2023年2月§12.1电子探针结构与工作原理

----波谱仪与能谱仪比较

1.元素范围:WDS:Be4---V92;EDS:Z≥5(B).2.分辨率:EDS低于WDS,EDS:△E=145-155eV,WDS:△E=5eV3.探测极限:WDS:0.01—0.1%,EDS:0.1-0.5%.4.接收方式;EDS:同时测定计数.WDS逐个测量特征波长并计数.5.分析速度:EDS:几分钟,WDS:几十分钟.6.EDS必须保持低温,液氮冷却.

综上:WDS分析元素广,分析精度高.但要求样品平整光滑,分析速度慢,需较大的电子流.EDS分析快,对样品要求低,入射电子流小,特别适合于与SEM配合.但分析精度低

第14页，课件共22页，创作于2023年2月§12.2电子探针的分析方法及应用

一、

定性分析1,定点分析:

对样品选定区进行定性分析.

方法:电子束照射分析区,波谱仪分析时,改变分光晶体和探测器位置.或用能谱仪,获取、E—I谱线,根据谱线中各峰对应的特征波长值或特征能量值,确定照射区的元素组成

第15页，课件共22页，创作于2023年2月2.线分析:测定某特定元素的直线分布.

方法:将谱仪固定在要测元素的特征X射线波长值或特征能量值,使电子束沿着图像指定直线轨迹扫描.常用于测晶界、相界元素分布.常将元素分布谱与该微区组织形貌结合起来分析

第16页，课件共22页，创作于2023年2月铸铁中（a）S的线分析（b）

Mn的线分析

第17页，课件共22页，创作于2023年2月3.面分析:测定某特定元素的面分布

方法:将谱仪固定在要测元素的特征X射线波长值或特征能量值,使电子束在在样品微区作光栅扫描,此时在荧光屏上便得到该元素的微区分布,含量高则亮

第18页，课件共22页，创作于2023年2月ZnO—Bi2O3陶瓷烧结自然表面的面成分分布（a）形貌像（b）Bi元素的面分布像

第19页，课件共22页，创作于2023年2月二.定量分析简介

理论上,在稳定的电子束照射下,谱仪测得各元素的同类特征谱峰高(强度)与其浓度成正比,但实际并非如此,其原因是谱线强度除与元素含量有关外,还与样品的化学组成(基体)有关----“基体效应”;其次谱仪在测量时条件不同,比如、不同分光晶体、入射电子强度等)-----“谱仪效应”

第20页，课件共22页，创作于2023年2月1.精确强度比Ki-----消除“谱仪效应”

在完全相同条件下,如电子束加速电压、束流、2θ等,以待测纯元素为标样,分别对标样、待测样品测量,因为是同一元素,λ相同,由2dsinθ=λ得θ相同

纯元素Y样品中Y元素

则

第21页，课件共22页，创作于2023年2月2.