MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

Transkrypt

1 MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA WYKŁAD 1 Pdstawy mikrskpii metalgraficznej dr inż. Michał Szciski

2 Spis zagadnie Definicja mikrskpii metalgraficznej Metalgrafia Mikrstruktura materiałów C dają nam badania metalgraficzne? Badania makrskpwe Badania mikrskpwe Mikrskpy Rdzaje mikrskpów ptycznych Pdstawwe parametry mikrskpów ptycznych Budwa mikrskpu ptyczneg Optyczny mikrskp metalgraficzny a klasyczny mikrskp ptyczny Prcedura glądu próbki pd mikrskpem metalgraficznym Elektrnwy mikrskp skaningwy C t jest?

3 Mikrskpia metalgraficzna technika badania mikrstruktury metali za pmcą mikrskpu metalgraficzneg gląd materiału pd pwiększeniem d 50 d 1500 razy pmiar przeprwadzany na specjalnie przygtwanych próbkach zwanych szlifami lub zgładami metalgraficznymi

4 Metalgrafia nauka wewnętrznej budwie materiałów metalicznych (metali i stpów), parta w głównej mierze badania mikrskpwe, bejmuje zagadnienia związane z metalznawstwem i krystalgrafią METALOZNAWSTWO dziedzina nauki zajmująca się: strukturą, składem chemicznym raz właściwściami (chemicznymi, fizycznymi, mechanicznymi) metali i stpów KRYSTALOGRAFIA nauka zajmująca się klasyfikacją, pisem i badaniem kryształów raz materiałów strukturze uprządkwanej pwiązania między składem, strukturą i właściwściami fizyka ciała stałeg, chemia, materiałznawstw wpływ temperatury i bciąże mechanicznych fizyka ciała stałeg, chemia fizyczna, termdynamika, mechanika

5 Mikrstruktura nadcząsteczkwa struktura materii, występująca w wielu ciałach stałych, mieszaninach i ciekłych kryształach istnienie dmen różnych faz fizycznych, które mgą psiadad najróżniejsze kształty i między którymi występują wyraźnie granice fazwe np. dmeny krystaliczne przedzielne dmenami amrficznymi w metalach, wpływa na właściwści mechaniczne, elektryczne, ptyczne, krzyjne materiału, a więc na pla jeg praktyczneg zastswania

6 Mikrstruktura Przyczyny frmwania się mikrstruktury: niemieszalnśd składników twrzących materiał zahamwanie przemian fazwych, w wyniku czeg w tym samym materiale, nawet jednrdnym chemicznie, występują równcześnie dwie fazy fizyczne utwrzenie wiąza chemicznych między pwierzchniami różnych składników

7 Badania metalgraficzne Wykrzystywane są d ceny struktury metali i stpów badania makrskpwe: przeprwadzane kiem nieuzbrjnym lub przy pwiększeniach siągalnych za pmcą lupy (d 40x) cena jakści materiału częst są pierwszym etapem ekspertyz pwypadkwych

8 Badania metalgraficzne Wykrzystywane są d ceny struktury metali i stpów badania mikrskpwe z zastswaniem: mikrskpu metalgraficzneg świetlneg (ptyczneg) mżliwe pwiększenia d x mikrskpu elektrnweg pwiększenia przekraczające nawet x

9 Badania metalgraficzne makrskpwe Pzwalają ujawnid na pwierzchni przedmitu: ślady ddziaływania śrdwiska: zgrzelina prdukty krzji nieciągłści materiałwe: pęknięcia pęcherze pry nadlewy rysy zwalcwania

10 Badania metalgraficzne mikrskpwe Badania mikrskpwe na mikrskpie ptycznym: przeprwadzane na specjalnie przygtwanych próbkach zgładach mikr nietrawinych umżliwiają kreślenie: rdzaju wtrące i stpnia zanieczyszczenia stpu wtrąceniami niemetalicznymi kształtu, wielkści i rzmieszczenia wydziele grafitu w żeliwie becnści mikrprów, mikrpęknięd i innych nieciągłści materiału

11 Badania metalgraficzne mikrskpwe Badania mikrskpwe na mikrskpie ptycznym: przeprwadzane na specjalnie przygtwanych próbkach zgładach mikr wytrawinych umżliwiają kreślenie: rdzaju struktury materiału niekiedy przybliżneg składu chemiczneg kształtu i wielkści ziarn rdzaju prcesu technlgiczneg przebiegu nieciągłści (przez ziarna, p granicach ziarn)

12 Rdzaje mikrskpów ptycznych Mikrskp (gr. micrn = mały, scps = cel) Mikrskp ptyczny d generwania pwiększneg brazu przedmitu wykrzystywane jest światł przechdzące przez układ ptyczny Mikrskp świetlny wykrzystuje sztuczne źródł światła Plaryzacyjny mikrskp ptyczny wykrzystuje światł splaryzwane, częst stswany d bserwacji wzrstu i zanikania kryształów raz ciekłych kryształów Mnchrmatyczny mikrskp ptyczny wykrzystuje światł knkretnej długści fali, np. bserwacja w pdczerwieni lub ultrafilecie

13 Pdstawwe parametry mikrskpów ptycznych Pwiększenie P = H brazu / h przedmitu P mikrskpu = P biektywu x P kularu

14 Pdstawwe parametry mikrskpów ptycznych Zdlnśd rzdzielcza 1/d = / 2A b d - najmniejsza dległśd pmiędzy dwma biektami przedmitu, które w brazie mikrskpwym mgą byd jeszcze rzróżniane jak ddzielne - długśd fali A b - apertura biektywu (charakteryzuje mżliwśd efektywneg wykrzystania biektywu dla uzyskania brazu mżliwie największej ilści szczegółów)

15 Pdstawwe parametry mikrskpów ptycznych Zdlnśd rzdzielcza A b = n sin n - współczynnik załamania światła (n=1 dla pwietrza, n=1.5 dla lejku immersyjneg) - kąt między główną sią ptyczną biektywu, a najbardziej skrajnym prmieniem wpadającym d biektywu p ugięciu na preparacie i birącym jeszcze udział w twrzeniu brazu

16 Pdstawwe parametry mikrskpów ptycznych Zdlnśd rzdzielcza 1/d = / 2A b A b = n sin Graniczna zdlnśd rzdzielcza mikrskpu ptyczneg wynsi 0,15 µm = 90 n = 1.52 (lejek immersyjny) = 0,45 µm dla światła ultrafiletweg dla zakresu światła widzialneg = nm dla wiązki elektrnów = 0.05 nm

17 Budwa mikrskpu ptyczneg

18 Budwa mikrskpu ptyczneg Części ptyczne: Źródł światła (świetlacz) silnie i równmiernie świetla glądany biekt (np. żarówka halgenwa, lampa łukwa, lampa ksennwa), Kndensr skupia światł na biekcie (szereg przesłn, sczewek, filtrów barwnych), Obiektyw zbudwany z wielu sczewek pwiększających, zbiera światł pchdzące d przedmitu i twrzy jeg pwiększny braz pśredni, Okular pwiększa braz z biektywu. Części mechaniczne: Tubus budwa kularu, frmuje pwiększny braz pśredni, Statyw utrzymuje wszystkie elementy ptyczne w si i w dpwiedniej dległści względem siebie, Rewlwer umżliwia zmianę biektywu, Stlik na nim umieszcza się biekt pddawany badaniu, Śruby makrmetryczna i mikrmetryczna pzwalają ustawid strśd bserwwaneg biektu.

19 Optyczny mikrskp metalgraficzny a klasyczny mikrskp ptyczny ptyczny mikrskp metalgraficzny klasyczny mikrskp ptyczny

20 Optyczny mikrskp metalgraficzny a klasyczny mikrskp ptyczny bserwacja próbki w świetle dbitym d jej pwierzchni próbki metali i stpów (zgłady, przełmy) są nieprzezrczyste mikrskpy świetlne i elektrnwe świetlenie światłem przechdzącym przez preparat przezrczysty lub półprzezrczysty preparat umieszczany jest na szkiełku pdstawwym i przykrywany szkiełkiem nakrywkwym w przypadku preparatów granicznej przejrzystści światł mże padad na badany biekt d góry dbiciwy mikrskp ptyczny ptyczny mikrskp metalgraficzny klasyczny mikrskp ptyczny

21 Optyczne mikrskpy metalgraficzne mikrskp ptyczny NEOPHOT mikrskp ptyczny NIKON

22 Prcedura glądu próbki pd metalgraficznym mikrskpem metalgraficznym Aby bejrzed biekt pd mikrskpem metalgraficznym należy wyknad zgład metalgraficzny i dpwiedni przygtwad g d pmiaru. 1. Pd stlikiem należy ustawid biektyw najmniejszym dstępnym pwiększeniu, bracając w tym celu rewlwer 2. Następnie należy umieścid zgład na stliku w plu widzenia; pwierzchnia zgładu pwinna byd skierwana d dłu!!! 3. Ustawid świetlenie pla widzenia pprzez włączenie lampy; patrząc przez kular pwinna byd widczna klista plama światła 4. Za pmcą śruby makrmetrycznej zbliżyd preparat d biektywu tak, aby g nie dtykał; należy zachwad szczególną strżnśd, aby nie zniszczyd biektywu przez uderzenie stlikiem 5. Patrząc przez kular należy kręcid śrubą makrmetryczną, a następnie mikrmetryczną d mmentu, kiedy braz stanie się stry 6. Następnym krkiem jest brócenie rewlwerem, celem wybru biektywu większym niż pprzedni pwiększeniu 7. Pwtórzenie prcedury pisanej w punktach 2-6

23 Elektrnwy mikrskp skaningwy (ang. Scanning Electrn Micrscpe SEM) braz uzyskiwany jest w wyniku "bmbardwania" próbki wiązką elektrnów, która skupina jest na próbce w pstaci małej plamki, wiązka miata bserwwany bszar linia p linii, układ rejestruje elektrny dbite, przechdzące przez próbkę (pkrytą cienką warstwą złta) lub elektrny wtórne emitwane przez próbkę w wyniku pbudzenia próbki przez elektrny wiązki, pmiar realizwany jest w próżni (większa drga swbdna elektrnów), pzwala badad strukturę materii na pzimie atmwym, zdlnśd rzdzielcza jest znacznie większa d mikrskpu ptyczneg, im większa energia elektrnów tym krótsza ich fala i większa rzdzielczśd mikrskpu, zależy również d rzmiaru wiązki, tak sam jak w mikrskpie ptycznym również w mikrskpie elektrnwym, pza graniczeniem technicznym (dkładnśd wyknania układu) istnieje graniczenie fizyczne limitujące zdlnśd rzdzielczą, c wynika z dyfrakcji fali de Brglie a elektrnów długści równej: gdzie: h stała Planck a, m masa elektrnu, v prędkśd elektrnu

24 C t jest?

25 żeliw sferidalne C t jest?

26