تحليل السيراميك الإلكتروني - تطبيقات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM).

تتميز المواد الخزفية بسلسلة من الخصائص مثل نقطة الانصهار العالية، والصلابة العالية، ومقاومة التآكل العالية، ومقاومة الأكسدة، وتستخدم على نطاق واسع في مختلف مجالات الاقتصاد الوطني مثل صناعة الإلكترونيات، وصناعة السيارات، والمنسوجات، والصناعات الكيماوية، والفضاء. . تعتمد الخواص الفيزيائية للمواد الخزفية إلى حد كبير على بنيتها المجهرية، وهو مجال تطبيق مهم لـ SEM.

ما هي السيراميك؟

المواد الخزفية هي فئة من المواد غير العضوية غير المعدنية المصنوعة من مركبات طبيعية أو صناعية من خلال التشكيل والتلبيد بدرجة حرارة عالية ويمكن تقسيمها إلى مواد خزفية عامة ومواد خزفية خاصة.

يمكن تصنيف المواد الخزفية الخاصة وفقًا للتركيب الكيميائي: سيراميك الأكسيد، وسيراميك النتريد، وسيراميك الكربيد، وسيراميك البوريد، وسيراميك السيليكيد، وما إلى ذلك؛ وفقا لخصائصها وتطبيقاتها يمكن تقسيمها إلى السيراميك الهيكلي والسيراميك الوظيفي.

الشكل 1: التشكل المجهري لسيراميك نيتريد البورون

يساعد SEM على دراسة خصائص المواد الخزفية

مع التطور المستمر للمجتمع والعلوم والتكنولوجيا، تزايدت متطلبات الناس للمواد، الأمر الذي يتطلب فهمًا أعمق للخصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة للسيراميك. تعتمد الخصائص الفيزيائية للمواد الخزفية إلى حد كبير على بنيتها المجهرية [1]، وتُستخدم صور SEM على نطاق واسع في المواد الخزفية ومجالات البحث الأخرى بسبب دقتها العالية ونطاق التكبير الواسع القابل للتعديل والتصوير المجسم. يمكن استخدام المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية CIQTEK SEM5000 لمراقبة البنية المجهرية للمواد الخزفية والمنتجات ذات الصلة بسهولة، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام مطياف طاقة الأشعة السينية لتحديد التركيب العنصري للمواد بسرعة.

 

تطبيق SEM في دراسة السيراميك الإلكتروني

أكبر سوق للاستخدام النهائي لصناعة السيراميك الخاصة هي صناعة الإلكترونيات، حيث يستخدم تيتانات الباريوم (BaTiO3) على نطاق واسع في المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCC)، والثرمستورات (PTC)، وغيرها من الأجهزة الإلكترونية. المكونات بسبب ثابت العزل الكهربائي العالي، وخصائصها الكهرضغطية والكهرضغطية الممتازة، ومقاومة الجهد وخصائص العزل [2]. مع التطور السريع لصناعة المعلومات الإلكترونية، يتزايد الطلب على تيتانات الباريوم، وأصبحت المكونات الإلكترونية أصغر حجما وأكثر تصغيرا، الأمر الذي يطرح أيضا متطلبات أعلى على تيتانات الباريوم.

غالبًا ما ينظم الباحثون الخصائص عن طريق تغيير درجة حرارة التلبيد، والغلاف الجوي، والمنشطات، وعمليات التحضير الأخرى. ومع ذلك، فإن الجوهر هو أن التغييرات في عملية التحضير تسبب تغييرات في البنية المجهرية للمادة وبالتالي في خصائصها. أظهرت الدراسات أن خصائص العزل الكهربائي العازل لتيتانات الباريوم ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبنية المجهرية للمادة، مثل المسامية وحجم الحبوب [3]. يمكن وصف مورفولوجيا الجسيمات، وتوحيد حجم الجسيمات، وحجم الحبوب لمساحيق سيراميك تيتانات الباريوم بواسطة المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية SEM5000 كما هو موضح في الشكل 2.

تعتبر نتائج توصيف البنية المجهرية بمثابة أدلة مهمة لاختيار طرق التلبيد بالإضافة إلى معلمات العملية. بالإضافة إلى ذلك، تساعد دراسة البنية المجهرية للمواد بواسطة SEM على فهم العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص.
 

  الشكل 2: التشكل المجهري لمسحوق سيراميك تيتانات الباريوم

تيتانات الباريوم السترونتيوم (BaxSr1-xTiO3) هي أيضًا مادة خزفية إلكترونية مهمة، وهي عبارة عن محلول صلب يتكون من تيتانات السترونتيوم وتيتانات الباريوم. بالمقارنة مع تيتانات الباريوم، فهو يحتوي على ثابت عازل أعلى، وفقدان عازل أقل، وقوة انهيار أعلى، ونقطة انتقال طورية قابلة للتعديل مع التركيب، وقد تمت دراسته على نطاق واسع واستخدامه في الأجهزة الإلكترونية من قبل عدد كبير من العلماء. [4] حاليًا، غالبًا ما يستخدم الباحثون طرقًا مثل ضبط نسبة Sr/Ba وعناصر المنشطات لتحقيق أداء أفضل. ومع ذلك، لا يزال من الأساسي تعديل خصائص المواد عن طريق تغيير البنية المجهرية للمادة. يوضح الشكل 3 صورة الإلكترون المتناثرة من تيتانات السترونتيوم الباريوم الملبدة التي تم اختبارها بواسطة المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني SEM5000، والتي يمكن استخدامها لتوصيف التجانس التركيبي للمادة عند التكبير المنخفض، في حين أن صورة الإلكترون المتناثرة عند التكبير العالي لها أيضًا تأثير معين البطانة المورفولوجية.

  الشكل 3: التشكل المجهري لمنتجات تيتانات الباريوم السترونتيوم الملبدة

تعد المواد الخزفية والمواد المعدنية ومواد البوليمر هي المواد الثلاثة الأكثر استخدامًا في مجتمع اليوم. مع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا والاقتصاد الاجتماعي، سيطرح المستقبل متطلبات أكثر تطلبًا على أداء المواد الخزفية. إن استخدام SEM لتوصيف البنية المجهرية للمواد الخزفية سيساعد على تحسين تكنولوجيا تحضير المواد الخزفية نحو أداء أعلى.

CIQTEK المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية SEM5000

SEM5000 عبارة عن مجهر إلكتروني لمسح انبعاث المجال عالي الدقة وغني بالميزات، مع تصميم أسطواني متقدم، وتباطؤ داخل الأسطوانة، وتصميم موضوعي مغناطيسي منخفض الانحراف غير قابل للتسرب، لتحقيق تصوير عالي الدقة بجهد منخفض، يمكن تطبيقه للعينات المغناطيسية يتمتع SEM5000 بملاحة بصرية، ووظائف تلقائية مثالية، وتفاعل جيد التصميم بين الإنسان والآلة، وتشغيل محسّن، وعملية استخدام. بغض النظر عما إذا كان المشغل يتمتع بخبرة واسعة أم لا، يمكنك البدء بسرعة في مهمة التصوير الفوتوغرافي عالي الدقة.