一种带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法

摘要

本发明公开了带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法，该方法主要利用单面离子减薄法制备得到样品。本发明利用先进的单面离子减薄法，制备得到的透射电镜薄膜样品，该样品可进行深入的涂层分析，对于解决硅钢片的涂层质量起到了关键的作用，在透射电镜下能清楚的分辨出样品中的基体、底层和基层。

权利要求

1.一种带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法，其特征在于，采用单面离子减薄法，包括以下步骤：a.选取硅钢片，用切割机切割成长度为5～10mm，宽度为10～20mm的硅钢片试样，保证试样两面平整、涂层保留完全；

b.将切割好的试样采用单面磨的方法，保留一面的涂层完整，先用粗砂纸，再用细砂纸磨制，直到试样厚度为80±10μm；

c.用透射电镜专用的冲孔机在磨制好的试样上冲出半径为3mm的圆片试样，冲孔时，冲头对着试样的磨制面；接着用细砂纸磨去冲孔毛边；最后用挖坑机对半径为3mm的圆片试样进行挖坑，挖坑面为试样的磨制面，挖坑深度约为30±5μm；

d.用离子减薄仪对试样进行单面减薄，试样的磨制面朝上，离子减薄仪的左右枪均选择从上往下轰击试样，左右枪离子束角度为6±0.5°，工作电压设置为5±0.2Kev，减薄

2～2.5小时，保证试样不能穿孔；接着将左右枪角度均减小到3±0.5°继续减薄，30～40分钟后，待试样穿孔，取出试样；最后将试样翻转，涂层面朝上放回离子减薄仪进行减薄，任意选择左枪或者右枪从上往下轰击，其离子束角度调整为3±0.5°，将选择剩下的左枪或者右枪从下往上轰击，其离子束角度调整为3±0.5°，电压设置为3～3.5Kev，减薄过程中借助显微镜同步观察，3～5分钟后将试样表面清理干净，带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品制备完毕。

2.根据权利要求1所述的一种带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法，其特征在于，所述粗砂纸为280#，细砂纸为1000#。

3.根据权利要求1至2任意一项所述的一种带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法，其特征在于，所述带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品可进行涂层分析。

说明书

一种带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电镜薄膜样品的制备方法。

背景技术

[0002] 离子减薄法是制备透射电镜薄膜试样的一种基本方法，其原理是用两束氩离子轰击样品表面，将试样表面原子层层剥离而减薄样品。与传统的双喷电解法制备电镜薄膜样品相比较，其优点是：(1)制备的电镜样品观察时薄区真实、干净，没有因电解液腐蚀导致的氧化膜；(2)适用的样品广，既适于不同的金属，又适于陶瓷等不导电材料。双喷电解只能对导电金属减薄，而且不同材料选择不同的腐蚀剂。

[0003] 在使用离子减薄仪时，通常是将两个氩离子束分别轰击试样的上下两个表面，得到样品厚度中心的薄区。选择将两个离子束轰击同一个表面，试样的另一个表面将完整保留，此方法可以得到材料涂层的电镜薄膜样品，观察涂层的结构。

[0004] 由于硅钢片涂层厚度一般在2～10μm，对涂层结构的分析比较困难，利用场发射扫描电镜大致可以观察其形貌、成分。通过单面离子减薄法制样，可以准确地观察硅钢片表面基层、合金层以及涂层的不同形貌与结构。分析不同层的厚度、形态对于解决硅钢片表面涂层质量起着重要的作用。

[0005] 日本专利申请JP2000310585公开了“NIPPON STEEL CORP.FORMATIONFOR THIN FILM SAMPLE FOR TRANSMISSION TYPE ELECTRON MICROSCOPICOBSERVATION”，主要内容是日本新日铁公司提供的一种通过调整离子束辐射的位置完成X-ray辐射过程中减薄制备透射电镜用薄膜样品的方法，以及采用电解减薄或化学减薄去除金属材料样品畸变层，制备透射电镜定量检测金属材料和第二相粒子界面固溶元素含量50～100nm厚度薄膜样品的方法。日本专利申请JP10269978公开了“KAWASAKI STEEL CORP.THIN FILMSPECIMEN REINFORCE MATERIAL FOR TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE”，主要内容是川崎制铁提供的一种透射电镜和EDX观察分析用不包括任何离 子损坏层的薄膜试样的制备方法及设备，以及采用收敛离子束减薄制备电镜用观察各种金属材料和非金属材料所要求μm级厚度薄膜样品的方法，以及采用机械减薄或离子减薄制备透射电镜观察玻璃、结晶硅等材料表面0.5～10μm树脂涂层样品的方法。韩国专利申请KR20040031279公开了“SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD.METHOD FOR MANUFACTURING SAMPLE PIECEFOR ANALYZING TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE(TEM)”，主要内容是韩国三星电子公司提供的一种利用离子聚焦束装置制备透射电子显微镜(TEM)观察和分析用经过减薄具有足够厚度样品的方法。台湾专利申请TW421841公开了“TAIWAN SEMICONDUCTOR MFG.Method of observingsilicide”，主要内容是台湾半导体公司提供的采用离子蚀刻或减薄工艺制备透射电子显微镜观察IC芯片上形成半导体感光底层、多晶硅层、硅化物层样品的方法。中国专利申请200710144117公开了“一种薄膜材料的透射电镜样品的制备方法”，主要内容是厦门大学提供的一种适合于400℃以下磁控溅射制备的各种成分、各种厚度的薄膜材料的透射电镜样品的制备方法。中国专利申请200410020531公开了“透射电镜用薄膜样品的制备方法”，主要内容是中国科学院金属研究所采用磁控溅射的方法获得均匀、致密、易剥离的金属或合金膜，衬底上镀膜的厚度在5～9μm之间，可以直接将磁控溅射镀膜与双喷减薄或者离子减薄相结合制得电镜观察用样品的一种透射电镜用薄膜样品的制备方法。中国专利申请03136601公开了“一种制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法”，主要内容是北京科技大学提供的采用离子减薄技术对电解薄膜进行进一步减薄的一种制备不导电大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法。

[0006] 以上国内外专利介绍的均是透射电镜薄膜样品的一些制备技术，其中的部分专利也包含了涂层材料试样的制备，但其均未使用到离子减薄仪的单面减薄技术，也未提到制备的硅钢片涂层样品中含有涂层、底层以及基层的信息。

发明内容

[0007] 本发明的目的是解决上述问题而提供了一种利用单面离子减薄法制备带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品，该方法制得的电镜薄膜样品可以进行涂 层分析，并且能清楚的分辨出样品的涂层、底层以及基层。

[0008] 本发明所采用的技术方案是：

[0009] 一种带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法，采用单面离子减薄法，包括以下步骤：

[0010] a.选取硅钢片，用切割机切割成长度为5～10mm，宽度为10～20mm的硅钢片试样，保证试样两面平整、涂层保留完全；

[0011] b.将切割好的试样采用单面磨的方法，保留一面的涂层完整，先用粗砂纸，再用细砂纸磨制，直到试样厚度为80±10μm；

[0012] c.用透射电镜专用的冲孔机在磨制好的试样上冲出半径为3mm的圆片试样，冲孔时，冲头对着试样的磨制面；接着用细砂纸磨去冲孔毛边；最后用挖坑机对半径为3mm的圆片试样进行挖坑，挖坑面为试样的磨制面，挖坑深度约为30±5μm；

[0013] d.用离子减薄仪对试样进行单面减薄，试样的磨制面朝上，离子减薄仪的左右枪均选择从上往下轰击试样，左右枪离子束角度为6±0.5°，工作电压设置为5±0.2Kev，减薄2～2.5小时，保证试样不能穿孔；接着将左右枪角度均减小到3±0.5°继续减薄，30～40分钟后，待试样穿孔，取出试样；最后将试样翻转，涂层面朝上放回离子减薄仪进行减薄，任意选择左枪或者右枪从上往下轰击，其离子束角度调整为3±0.5°，将选择剩下的左枪或者右枪从下往上轰击，其离子束角度调整为3±0.5°，电压设置为3～3.5Kev，减薄过程中借助显微镜同步观察，3～5分钟后将试样表面清理干净，带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品制备完毕。

[0014] 优选地，所述粗砂纸为280#，细砂纸为1000#。

[0015] 进一步地，所述带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品可进行涂层分析。 [0016] 本发明具有以下优点：

[0017] 本发明利用先进的单面离子减薄法，制备得到的带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品，该样品可进行深入的涂层分析，对于解决硅钢片的涂层质量起到了关键的作用；在透射电镜下能清楚的分辨出样品中的基体、底层和基层。

附图说明

[0018] 图1为对比样品的场发射扫描电镜图片；

[0019] 图2为实施例1制备得到样品的透射电镜图片；

[0020] 图3为实施例1制备得到样品底层结晶与钢基结合的不完整区域透射电镜图片； [0021] 图4为实施例1制备得到样品底层中的氧化物颗粒透射电镜图片； [0022] 图5为实施例1样品磷酸盐涂层能谱图；

[0023] 图6为实施例1样品底层中结晶相的能谱图；

[0024] 图7为实施例1样品基体中结晶相的能谱图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步具体说明。

[0026] 实施例1

[0027] 本实施例的样品具体制备过程如下：

[0028] a.选取硅钢片，该硅钢片的涂层为磷酸盐涂层，用切割机切割成长度为5mm，宽度为20mm的硅钢片试样，保证试样两面平整、涂层保留完全；

[0029] b.将切割好的试样采用单面磨的方法，保留一面的涂层完整，先用粗砂纸，再用细砂纸磨制，直到试样厚度为70μm；

[0030] c.用透射电镜专用的冲孔机在磨制好的试样上冲出半径为3mm的圆片试样，冲孔时，冲头对着试样的磨制面；接着用细砂纸磨去冲孔毛边；最后用挖坑机对半径为3mm的圆片试样进行挖坑，挖坑面为试样的磨制面，挖坑深度约为35μm；

[0031] d.用离子减薄仪对试样进行单面减薄，试样的磨制面朝上，离子减薄仪的左右枪均选择从上往下轰击试样，左右枪离子束角度为5.5°，工作电压设置为5ev，减薄2小时，保证试样不能穿孔；接着将左右枪角度均减小到3°继续减薄，40分钟后，待试样穿孔，取出试样；最后将试样翻转，涂层面朝上放回离子减薄仪进行减薄，将左枪选择从上往下轰击，左枪离子束角度调整为3.5°，将右枪选择从下往上轰击，右枪离子束角度调整为3.5°，电压设置为3Kev，减薄过程中借助显微镜同步观察，3分钟后试样将表面清理干净，带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品制备完毕。

[0032] 制备完毕后，将上述样品在透射显微镜中观察微区形貌，并用能谱仪 对所观察的不同区域进行成分分析。为了能更好的表现出本发明方法的优点，给出了对比试验。 [0033] 参见图1，对比试验是将一般的电镜薄膜样品叠加，并用环氧树脂固定后镶嵌制样，在场发射扫描电镜下观察形貌，从图1中可以看出涂层、底层与基体，但不能分辨出涂层中各层的结构特征。

[0034] 参见图2，利用实施例1中的方法制得的样品在透射电镜下观察的形貌像，可以清楚地分辨出基体、底层结晶层与涂层非晶层的形貌；图3为与钢基结合的底层结晶不完整区域；图4为底层中的氧化物颗粒形貌，其中白色颗粒对应于图1中嵌入钢基底层的黑色颗粒。

[0035] 在透射电镜下，利用X-射线能谱仪对不同区域进行了成分分析，图5为磷酸盐涂层该样品的能谱图，涂层中主要含有O、Mg、Al、Si、P元素；图6为底层中结晶相的能谱图，该相的元素主要含有O、Mg、Si，为Mg2SiO4相；图7为基体的能谱图，基体中的成分主要为Fe，并含少量Si。

[0036] 实施例2

[0037] 本实施例的样品具体制备过程如下：

[0038] a.选取硅钢片，该硅钢片的涂层为Mg2SiO4和非晶磷酸盐，用切割机切割成长度为10mm，宽度为15mm的硅钢片试样，保证试样两面平整、涂层保留完全； [0039] b.将切割好的试样采用单面磨的方法，保留一面的涂层完整，先用粗砂纸，再用细砂纸磨制，直到试样厚度为80μm；

[0040] c.用透射电镜专用的冲孔机在磨制好的试样上冲出半径为3mm的圆片试样，冲孔时，冲头对着试样的磨制面；接着用细砂纸磨去冲孔毛边；最后用挖坑机对半径为3mm的圆片试样进行挖坑，挖坑面为试样的磨制面，挖坑深度约为30μm；

[0041] d.用离子减薄仪对试样进行单面减薄，试样的磨制面朝上，离子减薄仪的左右枪均选择从上往下轰击试样，左右枪离子束角度为6.5°，工作电压设置为5.2Kev，减薄2.5小时，保证试样不能穿孔；接着将左右枪角度均减小到2.5°继续减薄，30分钟后，待试样穿孔，取出试样；最后将试样翻转，涂层面朝上放回离子减薄仪进行减薄，将右枪选择从上往下轰击，左枪离子束角度调整为3°，将左枪选择从下往上轰击，右枪离子束角度调 整为3°，电压设置为3.5Kev，减薄过程中借助显微镜同步观察，4分钟后将试样表面清理干净，样品制备完毕。

[0042] 实施例3

[0043] 本实施例的样品具体制备过程如下：

[0044] a.选取硅钢片，该硅钢片的涂层为非晶态二氧化硅，用切割机切割成长度为7mm，宽度为10mm的硅钢片试样，保证试样两面平整、涂层保留完全；

[0045] b.将切割好的试样采用单面磨的方法，保留一面的涂层完整，先用粗砂纸，再用细砂纸磨制，直到试样厚度为90μm；

[0046] c.用透射电镜专用的冲孔机在磨制好的试样上冲出半径为3mm的圆片试样，冲孔时，冲头对着试样的磨制面；接着用细砂纸磨去冲孔毛边；最后用挖坑机对半径为3mm的圆片试样进行挖坑，挖坑面为试样的磨制面，挖坑深度约为25μm；

[0047] d.用离子减薄仪对试样进行单面减薄，试样的磨制面朝上，离子减薄仪的左右枪均选择从上往下轰击试样，左右枪离子束角度为6°，工作电压设置为4.8ev，减薄2.7小时，保证试样不能穿孔；接着将左右枪角度均减小到3.5°继续减薄，35分钟后，待试样穿孔，取出试样；最后将试样翻转，涂层面朝上放回离子减薄仪进行减薄，将左枪选择从上往下轰击，左枪离子束角度调整为3°，将右枪选择从下往上轰击，右枪离子束角度调整为35°，电压设置为3.2Kev，减薄过程中借助显微镜同步观察，5分钟后将试样表面清理干净，样品制备完毕。

[0048] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。