一种贵金属超细丝材EBSD测试样品制备与表征方法与流程

本发明涉及一种贵金属超细丝材ebsd测试样品制备与表征方法，属于贵金属超细丝材测试技术领域。

背景技术：

贵金属超细丝材常用于精密电子功能器件的关键位置，但由于其加工成品尺寸微细（直径<φ0.1mm）传统技术无法表征超细丝材的组织结构，通常采用合金的片材组织来间接推断材料的微观组织演变规律。而丝材与片材变形过程中产生较大的组织差异，该表征方法不能准确客观地反映真实的组织结构。准确性的不足阻碍了贵金属超细丝材再结晶组织分析、超细复合丝材相鉴定及厚度测量、孪晶择优取向、晶界分布等方面的研究工作，从而制约了该类材料的发展。

贵金属超细丝材由于尺寸微细且塑性强，很难通过常规样品制备方法获得良好的截面样品进行微观织构分析。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种贵金属超细丝材ebsd测试样品制备与表征方法，本发明在ebsd面扫采集菊池线之前，先用通道衬度成像观察晶粒尺寸，发现缺陷、形变区及再结晶晶粒等区域，表征出位错结构、孪晶界、变形带，再采用ebsd技术对感兴趣区域进行晶体取向标定；ebsd与通道衬度像的结合提高ebsd的空间分辨率和综合分析范围；故本发明能够解决传统技术方法无法准确表征贵金属超细丝材再结晶组织、超细复合丝材相鉴定及厚度测量、孪晶择优取向、晶界分布等问题。

聚焦离子束（fib）具备纳米图形加工、离子束通道衬度成像、精准定位截面制备、tem样品制备、连续截面加工成像以及微电子元器件线路编辑与芯片修复等功能；对于贵金属超细丝材多晶体材料，每个晶粒的取向不尽相同。当入射束照射到样品表面时，试样表层晶面和入射束的夹角也不相同，入射束与晶面间的夹角越大时，溢出试样表面的信号就越多，图像亮度越高；相反，入射束与晶面之间的夹角越小时，晶面间形成通道，溢出试样表面的信号越少，图像越暗。对于成分均匀、且具有抛光平面的多晶材料，相对取向差越大的晶粒，成像越亮，故可以定性地知道贵金属超细丝材晶粒的取向分布情况；离子束通道显微成像可以观察多晶试样的位向衬度，显示未经金相腐蚀的晶界，特别是孪晶界和亚晶界，以此评价经多道次拉拔和积累变形程度高的贵金属超细丝材塑性变形的性质及再结晶过程。

一种贵金属超细丝材ebsd测试样品制备与表征方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将贵金属超细丝材样品拉展并粘接在双倾样品台斜面顶端，再置于样品仓中，密闭样品仓并抽真空，利用双束扫描电镜的二次电子显微镜观察贵金属超细丝材样品位置，调整贵金属超细丝材样品在视场中的位置，选择贵金属超细丝材样品截面制备及测试区域；

（2）倾转双倾样品台至视场中贵金属超细丝材样品与双束扫描电镜的聚焦离子束垂直，对视场中贵金属超细丝材样品进行镀碳处理形成镀碳保护膜，再利用双束扫描电镜的聚焦离子束对贵金属超细丝材样品进行离子束粗切割，然后逐级降低离子束电流密度进行离子束精切处理，再进行离子束表面抛光处理得到无表面应力的贵金属超细丝材的截面观察样品，通过离子束通道衬度成像观察并获取贵金属超细丝材截面观察区域的微观组织结构形貌图像；

（3）倾转双倾样品台至贵金属超细丝材的观察截面与入射电子束角度呈70°，通过ccd探测器对超细丝材截面进行电子背散射衍射检测，得到贵金属超细丝材样品微区截面的ebsd图像和晶体学信息；

所述步骤（1）双倾样品台倾斜度为36°，贵金属超细丝材样品两端绷紧并平行于双倾样品台两斜面交线；

所述镀碳保护膜位于视场中贵金属超细丝材样品的直径1/2处，镀碳保护膜的厚度为2~3μm；

所述步骤（2）离子束粗切割的电压为30kv；

进一步的，所述步骤（2）离子束粗切割的离子束电流密度为15na，离子束精切处理中逐级降低的离子束电流密度依次为5na、2na、1na，离子束表面抛光处理的离子束电流密度为0.3na；

所述步骤（3）倾转双倾样品台为沿x-y方向旋转180°，再顺时针倾转34°使贵金属超细丝材的观察截面与入射电子束呈70°夹角；

所述步骤（3）电子背散射衍射检测的步长为0.02~0.1μm；

进一步的，所述贵金属超细丝材样品直径为5~50μm，贵金属超细丝材的观察截面沿贵金属超细丝材拉伸方向的长度不大于100μm。

本发明的有益效果是：

（1）本发明贵金属超细丝材ebsd测试样品制备与表征方法利用双束电镜的fib功能对贵金属超细丝材样品进行表面无应力切割加工，同时利用双束电镜的ebsd功能实现截面样品的微观组织结构观测与取向表征；本发明中利用fib-ebsd技术进行原位制备，整个制备与表征过程无需将贵金属超细丝材样品取出仪器的样品腔体进行处理，因而没有环境或人为外力的影响，可准确、即时地获取样品截面的ebsd的信息，有效提高了样品表征分析的精确性，可有效弥补目前技术在贵金属超细丝材样品再结晶组织分析、超细复合丝材相鉴定及厚度测量、孪晶择优取向、晶界分布等方面缺乏关键表征技术的不足；

（2）本发明将离子束通道衬度成像与ebsd技术相结合，可获得更大视场的微观结构信息，先用通道衬度成像观察晶粒尺寸，发现缺陷、形变区及再结晶晶粒等区域，表征出位错结构、孪晶界、变形带，再采用ebsd技术对感兴趣区域进行晶体取向标定；ebsd与通道衬度像的结合提高ebsd的空间分辨率和综合分析范围；本发明方法可为贵金属超细丝材的微区分析提供更系统、更全面的数据支持，能够扩展样品的综合分析范围。

附图说明

图1为双束扫描电镜制备贵金属超细丝材的原理示意图；

图2为采用fib切割贵金属超细丝材保护膜镀膜位置与截面切割完成后的实物图；

图3为实施例1直径为10μm的ag超细丝材经fib切割后，离子束通道衬度成像图；

图4为实施例1直径为20μm的ag超细丝材经fib切割后，离子束通道衬度成像图；

图5为实施例2直径为20μm的贵金属ag超细丝材截面的离子束通道衬度成像图；

图6为实施例2直径为20μm的贵金属agaupd超细丝材截面的离子束通道衬度成像图；

图7为实施例2直径为20μm的贵金属au超细丝材截面的离子束通道衬度成像图；

图8为实施例2直径为20μm的贵金属au/ag超细丝材截面的离子束通道衬度成像图；

图9为实施例2直径为20μm的贵金属ag超细丝材截面的ebsd-ipf取向图；

图10为实施例2直径为20μm的贵金属agaupd超细丝材截面的ebsd-ipf取向图；

图11为实施例2直径为20μm的贵金属au超细丝材截面的ebsd-ipf取向图；

图12为实施例2直径为20μm的贵金属au/ag超细丝材截面的ebsd-ipf取向图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例中场发射双数电子显微镜由thermalfisher旗下fei公司生产，其型号为versa3d，附件ebsd探头由edax公司生产，型号为hikari-series，数据采集软件为edax-oimv7，数据分析软件为tsloimanalysis7。

实施例1：一种贵金属超细丝材ebsd测试样品制备与表征方法，具体步骤如下：

（1）将直径为10μm的贵金属ag超细丝材样品拉展并粘接在双倾样品台斜面顶端，其中双倾样品台倾斜度为36°，贵金属ag超细丝材样品两端绷紧并平行于双倾样品台两斜面交线；再置于样品仓中，密闭样品仓并抽真空，利用双束扫描电镜的二次电子显微镜观察贵金属ag超细丝材样品位置，调整贵金属ag超细丝材样品在视场中的位置，选择贵金属ag超细丝材样品截面制备及测试区域；

（2）倾转双倾样品台至视场中贵金属ag超细丝材样品与双束扫描电镜的聚焦离子束垂直，对视场中贵金属ag超细丝材样品待观察区域进行镀碳处理形成镀碳保护膜以保护丝材表面的组织结构不被离子束破坏，其中镀碳保护膜位于视场中贵金属ag超细丝材样品的直径1/2处，镀碳保护膜的平均厚度为2.2μm；再利用双束扫描电镜的聚焦离子束对贵金属ag超细丝材样品待观察区域，在贵金属ag超细丝材样品的直径1/2处进行离子束粗切割，其中离子束粗切割的电压为30kv，离子束粗切割的离子束电流密度为15na；然后保持离子束切割的电压为30kv，逐级降低离子束电流密度进行离子束精切处理，其中离子束精切处理中逐级降低的离子束电流密度依次为5na、2na、1na；再保持离子束切割的电压为30kv，进行离子束表面抛光处理得到无表面应力的贵金属ag超细丝材的截面观察样品，其中离子束表面抛光处理的离子束电流密度为0.3na；双束扫描电镜制备贵金属ag超细丝材的原理示意图见图1，采用fib切割贵金属ag超细丝材保护膜镀膜位置与截面切割完成后的实物图如图2所示，图2中深色长条状覆盖层为碳保护膜；通过离子束通道衬度成像观察并获取贵金属ag超细丝材截面观察区域的微观组织结构形貌图像见图3，从图3可知，ag超细丝材沿拉拔方向出现明显的组织差异，从左至右晶粒尺寸逐渐减小，大晶粒区域多为等轴晶、择优取向织构消失，而小晶粒区域以织构和细晶粒为主；离子束加工的观察截面沿贵金属超细丝材拉伸方向的长度约70μm；

（3）倾转双倾样品台至贵金属ag超细丝材的观察截面与入射电子束角度呈70°，其中倾转双倾样品台为沿x-y方向旋转180°，再顺时针倾转34°使贵金属ag超细丝材的观察截面与入射电子束呈70°夹角；通过ccd探测器对超细丝材截面进行电子背散射衍射检测，由于丝材晶粒细小，为保证ebsd能够精确采集ag超细丝材的晶体学数据，进行检测的步长设置为0.05μm，得到贵金属ag超细丝材样品微区截面的ebsd图像和晶体学信息。

实施例2：一种贵金属超细丝材ebsd测试样品制备与表征方法，具体步骤如下：

（1）分别将直径为20μm的贵金属（四种成分不同的合金即ag、agaupd、au和au/ag）超细丝材样品拉展并粘接在双倾样品台斜面顶端，其中双倾样品台倾斜度为36°，贵金属超细丝材样品两端绷紧并平行于双倾样品台两斜面交线；再置于样品仓中，密闭样品仓并抽真空，利用双束扫描电镜的二次电子显微镜观察贵金属超细丝材样品位置，调整贵金属超细丝材样品在视场中的位置，选择贵金属超细丝材样品截面制备及测试区域；

（2）倾转双倾样品台至视场中贵金属超细丝材样品与双束扫描电镜的聚焦离子束垂直，对视场中贵金属超细丝材样品待观察区域进行镀碳处理形成镀碳保护膜以保护丝材表面的组织结构不被离子束破坏，其中镀碳保护膜位于视场中贵金属超细丝材样品的直径1/2处，镀碳保护膜的平均厚度为2.5μm；再利用双束扫描电镜的聚焦离子束对贵金属超细丝材样品待观察区域，在贵金属超细丝材样品的直径1/2处进行离子束粗切割，其中离子束粗切割的电压为30kv，离子束粗切割的离子束电流密度为15na；然后保持离子束切割的电压为30kv，逐级降低离子束电流密度进行离子束精切处理，其中离子束精切处理中逐级降低的离子束电流密度依次为5na、2na、1na；再保持离子束切割的电压为30kv，进行离子束表面抛光处理得到无表面应力的贵金属超细丝材的截面观察样品，其中离子束表面抛光处理的离子束电流密度为0.3na；双束扫描电镜制备贵金属超细丝材的原理示意图见图1；通过离子束通道衬度成像观察并获取直径为20μm的贵金属ag细丝材截面观察区域的微观组织结构形貌图像见图4；从图4可知，ag超细丝材沿拉拔方向出现明显的组织差异，从左至右晶粒尺寸逐渐减小，大晶粒区域多为等轴晶、择优取向织构消失，而小晶粒区域以织构和细晶粒为主；离子束加工的观察截面沿贵金属超细丝材拉伸方向的长度可达100μm；直径20μm的不同材质贵金属超细丝材截面的离子束通道衬度成像图见图5~8，其中图5为ag丝材、图6为agaupd丝材、图7位为au丝材、图8为au/ag复合丝材，从图5~8可知，四种超细丝材的通道衬度像均出现了典型的变形丝织构晶粒组织，但沿直径方向的分布范围有所差异，择优取向晶粒长径比差异较大，此外，丝材组织中都存在孪晶，但孪晶的数量及尺寸大小也有所差异，进行定量分析发现，ag及agaupd丝材中存在粗大的退火孪晶组织；

（3）倾转双倾样品台至贵金属超细丝材的观察截面与入射电子束角度呈70°，其中倾转双倾样品台为沿x-y方向旋转180°，再顺时针倾转34°使贵金属超细丝材的观察截面与入射电子束呈70°夹角；通过ccd探测器对超细丝材截面进行电子背散射衍射检测，由于丝材晶粒细小，为保证ebsd能够精确采集贵金属超细丝材的晶体学数据，进行检测的步长设置为0.07μm，得到贵金属超细丝材样品微区截面的ebsd图像和晶体学信息，直径为20μm的不同材质贵金属超细丝材截面的ebsd-ipf取向图见图9~12，其中图9为ag超细丝材截面的ebsd-ipf取向图，图10为agaupd超细丝材截面的ebsd-ipf取向图，图11为au超细丝材截面的ebsd-ipf取向图，图12为au/ag超细丝材截面的ebsd-ipf取向图，由丝材截面组织的ipf取向分析可知，ag丝中存在具有[001]取向的丝织构，而在其他三种成分合金丝材中织构的取向有所差异，四种丝材微观组织中的孪晶尺寸有所差异，但取向上更倾向于[111]方向；结合图5~12，在ebsd面扫之前，先用通道衬度成像观察晶粒，能够首先分析丝材具有不同特征再结晶区域，之后再采用ebsd技术选取再结晶区域进行晶体取向标定，如退火孪晶和变形织构，发现各类丝材晶粒、取向、织构以及晶界均有不同特征，分析ag超细丝材发现，组织中存在大量孪晶结构，丝材芯部产生了典型的退火孪晶结构，而靠近边部为尺寸细小的孪晶，而au/ag复合丝材组织中未见典型孪晶结构，边部等轴晶粒略大，而芯部为细长丝织构。

本发明采用ebsd晶体学精细结构表征的贵金属超细丝材纵截面，解决了传统技术方法无法准确表征贵金属超细丝材再结晶组织、超细复合丝材相鉴定及厚度测量、孪晶择优取向、晶界分布等问题，本发明方法不仅能够完成对超细贵金属超细丝样品无应力截面的制备加工，且能够即时对贵金属超细丝样品截面进行微观组织结构观察与取向分析，ebsd与离子束通道衬度像的结合可为贵金属超细丝材的微区分析提供更系统、更全面的数据支持，能够扩展样品的综合分析范围。

以上是对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。