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離子研磨儀和掃描電鏡-失效分析研究的好搭檔

發(fā)布時間: 2023-12-05  點擊次數(shù): 3292次
  離子研磨儀和掃描電鏡-失效分析研究的好搭檔
 
  失效分析是經(jīng)驗和科學(xué)的結(jié)合,失效分析就如醫(yī)生,工藝設(shè)計之初,要有預(yù)防對策;產(chǎn)品生產(chǎn)后,進(jìn)行體檢,找出其中的隱患,給出預(yù)防辦法去防止;失效發(fā)生后通過各種手段查找原因。就像醫(yī)生,要驗血,照 X 光,做 B 超等,根據(jù)檢驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是什么癥狀并對癥下藥,給出補救辦法。
 
  但是從根本上避免產(chǎn)品失效,失效分析應(yīng)該參與到產(chǎn)品的各個設(shè)計環(huán)節(jié)中。對失效產(chǎn)品的研究,通常借助掃描電鏡來觀察失效產(chǎn)品的表面及斷面情況,選擇合適的制樣設(shè)備,來進(jìn)行表面拋光或者斷面切割,對于在掃描電鏡下觀察失效位置的實際情況至關(guān)重要,離子研磨儀就是這理想之選。
 
  以鋰電池的失效分析為例,電池在循環(huán)過程中,離子的脫嵌與嵌入會引起一次顆粒的體積變化,會影響內(nèi)部的間隙。一次顆粒之間間隙會影響顆粒之間 Li 離子傳輸,使內(nèi)阻增加,從而影響電池性能。因此需要觀察顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu),才可以看出顆粒內(nèi)部是否存在裂紋、孔洞等。
 
圖1 鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖
 
  觀察顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu),就需要將顆粒進(jìn)行切割,傳統(tǒng)的切磨方法會改變顆粒的斷面結(jié)構(gòu),無法真實真實顆粒的內(nèi)部情況。使用離子研磨儀切割的方法,通過使用合適的能量離子槍,利用離子束進(jìn)行剖面切削或表面拋光處理,可以有效解決以上問題。
 
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  將多晶三元材料通過離子研磨儀切割后,可以有效觀察到顆粒內(nèi)部的真實情況,觀察顆粒內(nèi)部的晶粒結(jié)構(gòu)和晶相組成。
 
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  隨著鎳含量的增加,裂紋的產(chǎn)生和擴展現(xiàn)象加劇,高 Ni 含量的正極材料的裂紋延伸到表面,電解液可以沿著裂紋滲入到顆粒的內(nèi)部,在一次顆粒的表面生成 NiO 相,加速電池電化學(xué)性能的惡化。通過離子研磨切割后,結(jié)合 SEM 圖可以有效觀察分析正極材料充放電后的狀態(tài),進(jìn)一步來研究裂紋的發(fā)展。
 
  離子研磨儀可廣泛用于各個領(lǐng)域的失效分析,用來進(jìn)行斷面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察。
 
  金屬材料· 失效分析
 
  金屬結(jié)晶結(jié)構(gòu)異常隱蔽性很強,此隱性憂患缺陷尺度等級,往往達(dá)到微米與納米等級,且突發(fā)破壞率大,因此具有嚴(yán)重的危害性。金屬材質(zhì)中的雜質(zhì)、介在物、空洞、腐蝕開裂等都無法在后續(xù)加工中去除,反而容易造成更嚴(yán)重的破壞。
 
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放入飛納掃描電鏡進(jìn)行觀察
 
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  通過使用掃描電鏡(SEM)+ 能譜(EDS)分析,對晶粒大小,晶粒結(jié)構(gòu),相位組成,元素組成,夾雜介在物分析,發(fā)現(xiàn)失效的鋼管基材明顯存在較多污染物,且焊界結(jié)晶明顯沿晶開裂,在正常區(qū)存在空洞及金屬介在物,可以判斷出故障發(fā)生的主要原因。
 
  PCB / PCBA· 失效分析
 
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偏光膜異物分析
 
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電子元器件 · 失效分析
 
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復(fù)合材料 · 失效分析
 
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圖 陶瓷復(fù)合材料后加工造成的裂紋
 
  涂層 / 鍍層· 失效分析
 
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高分子材料· 失效分析
 
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圖 塑鋼材料強度不足失效分析
 
  (飛納掃描電鏡全景拼圖:觀察整體分布情況)
 
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圖 中心填料結(jié)構(gòu)
 
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