一种纯钽透射电镜样品的制备方法

1.本发明属于透射电镜样品制备技术领域，涉及一种薄钽板透射电镜横截面样品的制备方法。


背景技术：

2.当材料晶粒尺寸细化至纳米尺度后，材料不仅发生显著的力学性能改善，在声、光、电、磁性等方面均表现出与传统材料不同的性能特征。在使用等径角变形加单向轧制复合工艺制备纳米层片结构钽时，轧制压下量增大时，钽板厚度减小，为了研究纯钽的微观组织演变、塑性变形机制等科学问题，需要用透射电镜来研究这些超细晶/纳米晶钽板横截面的微观组织。然而，对这些薄钽板（厚度0.6~1.2 mm）的横截面透射电镜样品制备是一项极具挑战性的工作。使用聚焦离子束法与离子减薄法制备透射电镜样品耗费时间，需要数个小时，而且会在材料中引入额外的晶体缺陷、造成材料损伤。而电解双喷法耗时短，只需几十秒即可制备完一个样品，同时样品薄区大、制样过程中不会引入额外晶体缺陷，观察效果好。但缺点是，目前通用的电解双喷装置样品夹具中圆孔的直径一般为2~2.5 mm，因此若样品的宽度尺寸低于2.5 mm，则横截面样品与夹具中圆孔壁之间有缝隙存在，导致电解双喷装置上的光敏控制单元无法启用，无法做到样品表面刚被喷出小孔即停止双喷，从而很难保证较大面积薄区的获得。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种使用电解双喷法制备0.6~1.2 mm厚度的纯钽横截面透射电镜样品的方法。
4.为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：（1）沿垂直于厚0.6~1.2 mm的薄钽板厚度方向采用电火花线切割长10
ꢀ±
0.1 mm，宽0.5
±
0.1 mm的横截面样品，横截面样品厚度即为薄钽板的厚度，并将切割下来的横截面样品用砂纸打磨，减薄至其宽度变为0.1
±
0.01 mm；（2）使用裁片机将步骤（1）所得样品进行裁片，使所得样品长度变为3
ꢀ±
0.1mm；（3）将步骤（2）所得样品固定在钼环上，使其完全覆盖钼环的狭缝，钼环外直径3 mm；（4）将步骤（3）所述固定样品的钼环进行第一次电解双喷后，第一次清洗，将样品从钼环上分离下来，再将样品按照步骤（3）重新固定到新钼环上，进行第二次电解双喷，一直双喷至穿孔，第二次清洗。
5.较佳的，步骤（1）中，将切割下来的横截面样品依次采用400#、600#、800#、1000#砂纸打磨。
6.较佳的，步骤（3）中，采用胶水将步骤（2）所得样品固定在钼环上。
7.较佳的，步骤（3）中，狭缝长2
ꢀ±
0.5mm，宽度比薄钽板厚度小0.1mm。
8.较佳的，步骤（4）中，第一次电解双喷工艺参数如下：以体积比为5:35:2的95.0%~
98.0%浓硫酸、99.5wt%甲醇、40.0wt%氢氟酸为电解液，电压为30 v，温度为-30
ꢀ±
5℃，双喷时间为40~50 s，穿孔尺寸为50。
9.较佳的，步骤（4）中，第二次电解双喷工艺参数如下：以体积比为5:45:2的95.0%~98.0%浓硫酸、99.5wt%甲醇、40.0wt%氢氟酸为电解液，电压为25 v，温度为-30
ꢀ±
5℃，穿孔尺寸为25。
10.较佳的，步骤（4）中，第一次清洗采用丙酮清洗，第二次清洗采用无水乙醇清洗。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过将样品固定在钼环上，可简单易行地在通用电解双喷装置上制备厚度较小的薄钽板的横截面透射电镜样品。同时使用两步法电解双喷，第一阶段双喷在钽片上腐蚀出光滑的凹坑，使得第二步双喷出的薄区更倾向于在第一阶段双喷出的凹坑中获得。
附图说明
12.图1为钼环示意图。
13.图2为小钽片粘到钼环上的示意图。
14.图3为薄钽板横截面被电解双喷出的薄区透射电镜下观察图。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。
16.图1为本发明采用的钼环的结构示意图，该钼环可以采用市售的商品，也可以定制，其中，钼环中心的狭缝形状可以是图1所示的类椭圆形状，狭缝长2 mm，宽度为1.0mm。
实施例
17.以厚度为1.2mm的薄钽板为例，制备横截面透射电镜样品，其具体实施过程如下：（1）线切割，切割宽为0.5 mm、长度为10mm的钽片（厚度为薄钽板厚度1.2mm）（2）预磨，依次采用400#、600#、800#、1000#砂纸打磨，将步骤（1）钽片磨至其宽度为100
±
10 μm。
18.（3）冲片，使用冲孔机将预磨好的钽片冲出长为3 mm的类长方形小钽片。
19.（4）将冲出的小钽片用502胶水粘到钼环上，并确保胶水不溢到电解双喷区域，使小钽片完全遮住钼环中间的缝隙，不透光，如图2所示。
20.（5）配置第一次电解双喷液，按照体积比5:35:2，以浓硫酸（h2so4含量95.0%~98.0%），甲醇（ch30h含量》99.5%），氢氟酸（hf含量》40.0%）配置第一次电解双喷液。
21.（6）双喷，将粘上小钽片的钼环置于双喷减薄仪（型号为mtp-1a）的样品夹中，电压30v，穿孔尺寸设置为50，温度-25~-30 ℃，双喷时间50 s。
22.（7）清洗，取下钼环，在丙酮（c3h6o含量》99.5%）中清洗干净，此时小钽片从粘着的钼环中脱落。
23.（8）将清洗干净的小钽片用502胶水粘到另一个新的钼环上，使其完全遮住钼环中间的缝隙，不透光，如图2所示。
24.（9）配置第二次电解双喷液，按照体积比5:45:2，以浓硫酸（h2so4含量95.0%~98.0%），甲醇（ch30h含量》99.5%），氢氟酸（hf含量》40.0%）配置第二次电解双喷液。
25.（10）双喷，将粘上小钽片的新钼环置于双喷减薄仪的样品夹中，电压25v，温度-25~-30 ℃，穿孔尺寸设置为25，一直双喷至小钽片穿孔，此时光敏控制单元启动，停止电解双喷，取出样品。
26.（11）清洗，多次清洗，清洗液为无水乙醇（c2h50h含量》99.7%），晾干后置于透射电镜中进行观察，结果如图3所示，结果表明，厚度为1.2mm的薄钽板相对于聚焦离子束法与离子减薄法在制备透射电镜样品过程中，没有引入额外的晶体缺陷。


技术特征：
1.一种纯钽透射电镜样品的制备方法，其为0.6~1.2 mm厚度的纯钽横截面电镜样品，至少包括如下步骤：（1）沿垂直于厚0.6~1.2 mm的薄钽板厚度方向采用电火花线切割长10
ꢀ±
0.1 mm，宽0.5
±
0.1 mm的横截面样品，横截面样品厚度即为薄钽板的厚度，并将切割下来的横截面样品用砂纸打磨，减薄至其宽度变为0.1
±
0.01 mm；（2）使用裁片机将步骤（1）所得样品进行裁片，使所得样品长度变为3
ꢀ±
0.1mm；（3）将步骤（2）所得样品固定在钼环上，使其完全覆盖钼环的狭缝，钼环外直径3 mm；（4）将步骤（3）所述固定样品的钼环进行第一次电解双喷后，第一次清洗，将样品从钼环上分离下来，再将样品按照步骤（3）重新固定到新钼环上，进行第二次电解双喷，一直双喷至穿孔，第二次清洗。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，将切割下来的横截面样品依次采用400#、600#、800#、1000#砂纸打磨。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，采用胶水将步骤（2）所得样品固定在钼环上。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，狭缝长2
ꢀ±
0.5mm，宽度比薄钽板厚度小0.1mm。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，第一次电解双喷工艺参数如下：以体积比为5:35:2的95.0%~98.0%浓硫酸、99.5wt%甲醇、40.0wt%氢氟酸为电解液，电压为30 v，温度为-30
ꢀ±
5℃，双喷时间为40~50 s，穿孔尺寸为50。6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，第二次电解双喷工艺参数如下：以体积比为5:45:2的95.0%~98.0%浓硫酸、99.5wt%甲醇、40.0wt%氢氟酸为电解液，电压为25 v，温度为-30
ꢀ±
5℃，穿孔尺寸为25。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，第一次清洗采用丙酮清洗，第二次清洗采用无水乙醇清洗。

技术总结
本发明公开了一种纯钽透射电镜样品的制备方法，通过将样品固定在钼环上，可简单易行地在通用电解双喷装置上制备厚度较小的薄钽板的横截面透射电镜样品，同时使用两步法电解双喷，第一阶段双喷在钽片上腐蚀出光滑的凹坑，使得第二步双喷出的薄区更倾向于在第一阶段双喷出的凹坑中获得。本发明相对于聚焦离子束法与离子减薄法在制备透射电镜样品过程中，没有引入额外的晶体缺陷。没有引入额外的晶体缺陷。没有引入额外的晶体缺陷。


技术研发人员：刘瑛 王经涛 王辛越 孙柯普
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2021.05.14
技术公布日：2022/11/15