Download
1 / 35
410 likes | 803 Views
הרצאה בנושא מיקרוסקופ אלקטרוני סורק. מאת: בוריס פישרמן איגור פקר גיא זקס. מבוא. מיקרוסקופ בשביל מה????. אנו צריכים מיקרוסקופ בגלל העניין הרב שיש לנו במבנה החומר וזאת בגלל שיש קשר בין התכונות המכניות והפיזיקליות.
E N D
הרצאה בנושא מיקרוסקופ אלקטרוני סורק מאת: בוריס פישרמן איגור פקר גיא זקס
מבוא מיקרוסקופ בשביל מה???? אנו צריכים מיקרוסקופ בגלל העניין הרב שיש לנו במבנה החומר וזאת בגלל שיש קשר בין התכונות המכניות והפיזיקליות. רק בחינה מדויקת של מבנה החומר תאפשר לנו להסביר שינויים בתכונות המבנה ולמצוא דרכים לשפרן או לחילופין לגלות סיבה לכישלון.
מבוא נסקור שני מכשירים נפוצים בבקרה ופיתוח חומרים והם: 1.מיקרוסקופ אופטי. 2. מיקרוסקופ אלקטרוני סורק.
מיקרוסקופ אופטי • נמצא 100 שנה בשימוש המטלורגיה. • מתחלק לשני מערכות עיקריות: + מקור האור + עדשות הפריזמות והעדשות להארת הדגם • בדגם ביולוגי – מעבר האור דרך הדגם (כמו בדיקות דם) • בדגם מטלוגרפי (מתכות וסגסוגות) – משתמשים במראה חצי מחזירה המביאה את האור מן המקור אל הדגם ומאפשרת למתבונן לראות את הדמות המתקבלת.
מיקרוסקופ אופטי • בעיות שמתעוררות: • בחירת דגמים – לא ניתן לבחון כל נפח אלא רק חתכים ממנו מכאן יש צורך במספר דגמים.(בחינת חומר בכמה חתכים בדר"כ ניצב ומקביל – מוט פלדה במשיכה) • ככל שבודקים בהגדלה גדולה מצטמצם האור הנבדק ולכן יש צורך לבחון חומר בהגדלה קטנה יותר המספקת פרטים דקים יותר באזור יותר מצומצם. זו הסיבה למה אנו צריכים מיקרוסקופ אלקטרוני סורק • קושי בהכנת דגם : יש להישמר לא להכניס שינויים במבנה. בדגם מתכת יש צורך ללטש היטב את פני השטח - מבוצע ע"י ציוד מיוחד ואבקה של יהלום.
שימוש המיקרוסקופ האלקטרוני • מיקרוסקופ אלקטרוני סורק משמש ככלי עבודה עיקרי ל: • פרקטוגרפיה– בחינת משטחי שבר לצורך קביעת מנגנון השבר, כיוון פעולתו, סוגי כוחות הפועלים ולעיתים גם את הסיבה לשבר. • בדיקת נג"ז – זיהוי יסודות כימיים זרים בתחום הפגיעות ברכיב כלשהו ובדגש על להבי מנועים. • אנליזת הרכב כימי – בדיקת הרכב כימי של חומרים / שבבים. • מיקרו מבנה – אפיון מיקרו מבנה של מתכות ובחינת תופעות המתרחשות באופן מיקרוסקופי על פני השטח של חומרים כגון: קורוזיה, פגמים בציפוי וכו'.
מבוא - מיקרוסקופיה אור אלקטרון 100 רזולוציה של nm 0.1 רזולוציה של nm שורש המילה מלטינית: Mikros =קטן ו- skopeo = להסתכל על שאלה :למה אלקטרונים ולא אור???? האלקטרון נע בקווים ישרים, בעל אורך גל פי 100000X קטן יותר מהאור וניתן להסיטו ע”י שדות מגנטיים כמו עדשות שמסיטות אור מכאן ניתן לעבוד עם דגמים לא ישרים (מחוספסים) וכושר ההפרדה גדל.
תכונות כלליות של המיקרוסקופ • ניתן לקבל עומק שדה גדול בהגדלות נמוכות וגדולות. • תחום הגדלות של המיקרוסקופ האלקטרוני נע בין 5 – 1,000,00. • אין הגבלה לגודל הדגם הנבדק. • דגם נבדק אינו דורש הכנה מיוחדת.
מבנה מיקרוסקופ - תותחים מקורות אלקטרונים טונגסטן LaB6 FEG x10 x1000 בסיסי חום = פליטה של אלקטרונים
סוגי מיקרוסקופים סורקים - SEM חוט להט טונגסטן מיקרוסקופ בסיסי ביותר בעל טכנולוגיה פשוטה ביותר. יתרון: עלות ותחזוקה נמוכים יחסית. חסרון: רזולוציה נמוכה (3-5 mm).
סוגי מיקרוסקופים סורקים - SEM חוט להט טונגסטן עם יכולת עבודה בלחץ נמוך מיקרוסקופ בעל טכנולוגיה מתקדמת. יתרון: מקנה שיפור טכנולוגי בעיקר בתחום האל-מתכות. מאפשר לבחון חלקים שאינם מוליכים (חומרים מורכבים). חלקים מלוכלכים. חלקים רטובים חסרון: רזולוציה ובהירות נמוכים.
סוגי מיקרוסקופים סורקים - SEM מקור אלקטרוניםLab 6 מיקרוסקופ בעל טכנולוגיה מורכבת יותר. יתרון: תוספת בהירות המשפרת את איכות התמונה. חסרון: עלות גבוהה יותר (לעומת טונגסטן). תחזוקה מסורבלת.
סוגי מיקרוסקופים סורקים - SEM מקור אלקטרונים גבישי ( Filed Emission) מיקרוסקופ בעל הטכנולוגיה המתקדמת ביותר. יתרון: יצירת קרן שקוטרה קטן ובהירות גבוהה כך שיכולת הרזולוציה גבוהה (1 – 1.5). חסרון: עלות ותחזוקה גבוהים.
עיקרון פעולת המיקרוסקופ • עמודת המיקרוסקופ ותא הבדיקה מוריקים מאוויר (וואקום). • מקור האלקטרונים הוא חוט להט העשוי טונגסטן (מכונה פילמנט). מחממים את חוט הלהט בתותח אלקטרונים עד שיתלהט ואז משחררים ממנו אלקטרונים. • מתח האצה מאיץ את האלקטרונים אל חלל עמדת המיקרוסקופ. באמצעות צמד עדשות אלקטרומגנטיות מרכזות, מוקטן קוטרה של הקרן. ככל שיקטן קוטר הקרן – כך ישתפר כושר ההפרדה. • הקרן הדקה של האלקטרונים עוברת בדרכה אל הדגם דרך סלילי סריקה ולאחריהם דרך עדשה אלקטרומגנטית נוספת.
אופן יצירת התמונה במיקרוסקופ • האלקטרונים המשניים המשתחררים מפני הדגם נלכדים ומעובדים במערכת של: אלקטרונים משניים נמשכים לקולט ע"י יצירת פוטנציאל פוטנציאל חשמלי חיובי. האלקטרונים שנאספו מואצים במתח של – 10,000 וולט ופוגעים בנצנץ. נצנץ פולט פוטונים המובלים למכפיל. זרם הפוטונים נהפך לאלקטרונים (זרם חשמלי). קולט נצנץ מכפיל
אופן יצירת התמונה במיקרוסקופ (המשך) • עוצמת הזרם קובעת את עוצמת ההארה בכל נקודה. • קרן אלקטרונים מוסטת על פני החלק נקודה אחר נקודה וקו אחרי קו. כך נוצרת סריקה רצופה בדגם (בדומה לטלוויזיה). • האלקטרונים שמשתחררים מהדגם הם הקובעים את מידת הבהירות של כל נקודה בקו הנוצר על המסך. אור נמוך יראה כהה ואזור גבוהה יראה בהיר. • ההגדלה נקבעת עפ"י היחס שבין רוחב השטח הנסרק על פני המסך לבין רוחב השטח בדגם הנבדק. • קולט האלקטרונים המשניים ממוקם בזווית. דבר זה יוצר אפקטים של אור וצל בפני השטח. אפקטים אלו מקנים לתמונה תלת ממידיות.
מערכות במיקרוסקופ ואקום
מבנה מיקרוסקופ - גלאים CSE שיטת CSE: מקור חיובי מושך אלקטרונים שיטת ESD: יינון של גז => יותר אלקטרונים
תמונת אלקטרונים מוחזרים Backscatterd Electron Image - (BEI) • אלו הם האלקטרונים שפגעו בגרעין האטום וניתזו חזרה בהתנגשות אלסטית. • אנרגיית האלקטרונים המוחזרים בין 50 אלקטרון וולט לאנרגיית הקרן הפוגעת. • להרכב הכימי של הדגם השפעה ניכרת על החזר האלקטרונים. אזורים המכילים אטומים כבדים מחזירים יותר אלקטרונים מאזורים המכילים אטומים קלים.
תמונות אלקטרונים מוחזרים A+B A-B Composition Topography
תמונות אלקטרונים מוחזרים (המשך) תמונת BEI: חיצים מורים על עקבות קדמיום (אזורים בהירים) מדחס ממנוע - מראה כללי
תמונת אלקטרונים משניים Secondary Electron Image - SEI • קרן האלקטרונים הפוגעת גורמת ליציאת אלקטרונים מפני שטח הדגם בשל התנגשויות אלסטיות בינם לבין האלקטרונים הפוגעים. • אנרגיית האלקטרונים המשניים נמוכה מ- 50 אלקטרון וולט. • אזורים גבוהים נוטים לשחרר יותר אלקטרונים משניים מאזורים נמוכים.
תמונות אלקטרונים מוחזרים / משניים תמונת SEI תמונת BEI
קרני X - מיקרואנליזה • פגיעת אלקטרוני הקרן המפציצה באלקטרונים את הקליפות הפנימיות של אטומי החומר גורמת ליציאת האלקטרונים ממקומם (אלקטרונים של אטום). • עם היווצרות מקום פנוי לאלקטרון בקליפה אטומית פנימית, הוא יתפס מיד ע"י אלקטרון מקליפה גבוהה יותר של אותו אטום. • מעבר אלקטרון מקליפה לקליפה משחרר כמות אנרגיה, היחסי למרחק בין קליפות האלקטרונים באטום. אנרגיה זו אופיינית לכל יסוד ויסוד והיא בעלת אורך גל של קרני X . כמות יחידות האנרגיה הנ"ל יחסית לריכוז אותו אטום במטריצה סיפרתם ייתן את ההרכב הכימי של החומר הנבדק.
מה רצינו לבדוק???? • להוכיח תקינות מנורת ברקס אחורי!!!!! • כיצד אפשר לערוך ניסוי למדידת זמן זה??? • ואיך נראה סליל הלהט כאשר המנורה "נשרפה"??? • הדרך היחידה היא המיקרוסקופ האלקטרוני.
מספר תמונות להמחשה נורה חדשה – שבר קר פריך נורה דולקת – שבר חם משיך קר חם
מספר תמונות להמחשה קר חם
מחירים / טיפולים • עלות מיקרוסקופ אלקטרוני מסתכמת במאות אלפי דולרים. כמובן שעלות סופית תחושב עפ"י צרכיו של הרוכש. (סוג תותח אלקטרונים). • כמו כן יש לקחת בחשבון כי תחזוקת המיקרוסקופ אינה זולה. • להלן מספר דוגמאות של חברת אחזקה WATAIRPOLL: טיפול שבועי – 32.75$ - לשעת עבודה. החלפת נורה – 14$. טיפול התותח קרינה X / מעבד תמונה – 40$ לשעת עבודה.
אם אין שאלות אז ... THE END
