一种原位失效分析样品台及扫描电镜的制作方法

本公开属于扫描电镜样品台领域，尤其涉及一种原位失效分析样品台及扫描电镜。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

扫描电镜(sem)广泛地应用于金属材料和非金属材料等检验和研究，是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观察手段。扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体表面的立体构像。扫描电镜可进行材料的微观形貌、组织、成分分析，各种材料的形貌组织观察，材料断口分析和失效分析，材料实时微区成分分析，元素定量、定性成分分析，快速的多元素面扫描和线扫描分布测量，晶体和晶粒的相鉴定，晶粒尺寸、形状分析，晶体、晶粒取向测量等。

由于扫描电镜具有分辨率高(纳米级)、景深大、图像富有立体感而且可以从数十倍到数千倍连续放大的功能，能够提供比其他显微镜多得多的信息，扫描电镜所显示的断口形貌从深层次，高景深的角度呈现材料断裂的本质，在材料断裂原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面，可以说是材料研究和失效分析领域中必备的大型仪器。

在进行扫描电镜形貌观察及能谱分析时，样品台通常为不同直径的平面圆台，在对样品进行扫描电镜分析时，依靠导电胶等将样品固定在样品台上，然后将样品台固定在扫描电镜样品室上的底座上。目前扫描电镜采用4轴或5轴试样载物台，使样品在移动行程内进行x、y、z各个方向的移动，可以实现样品台绕r轴360°转动，针对不同观察要求的试样，还可以使样品台绕t轴进行-15°至+75°或0°至90°的倾斜，如做ebsd分析时，需要将样品台倾斜70°。

然而考虑到可适用样品的多样性，现有样品台尚无法满足一些观察角度的迫切需要，一些仪器使用者对其进行改进：

专利号为cn203503600u的中国实用新型专利公开了一种扫描电镜多用途样品台，所述扫描电镜多用途样品台包括：夹持样品的样品夹持部；调整所述样品夹持部角度的调整部。调整部包括：球形万向节、支撑所述球形万向节的平台、以及调整所述球形万向节角度的调节件，所述球形万向节上设有与样品夹持部连接的接头，能够得到扫描电镜较佳的观察角度。

专利号为cn204088258u的中国实用新型专利公开了一种扫描电镜样品台，在样品台上设置竖直凹槽和倾斜凹槽，采用竖直凹槽将待测样品固定在凹槽内，便于样品截面的垂直观察；采用倾斜凹槽进行样品截面和表面的多角度观察；从而实现了大角度的视野范围内的检测，方便观察更多的测试细节。

专利号为cn206947293u的中国实用新型专利公开了一种用于扫描电子显微镜的预倾角样品座，在原有的样品座上增加了预倾角立柱，避免了现有技术中观察断口样品时需对样品台进行大角度倾斜并反复调整，直至断面与电子束光源垂直，节省了工时，提高了工作效率。

专利号为cn207528662u的中国实用新型专利公开了ebsd测试用样品台。样品台自带70°角度，更换测试类型时无需反复调整样品台角度。

上述四种扫描样品台，分别通过球形万向节的调整和固定、凹槽设计、预倾角立柱设计和预倾角设计实现了样品观察角度的一定改进。但是，发明人发现，由于这些样品台固定方式的限制，以及当前扫描电镜中样品台绕t轴只能进行-15°至+75°或0°至90°的倾斜幅度的限制，无法实现扫描电镜中对待测样品实时进行全方位、多角度的灵活观察。在失效分析中的结构件，由于其失效环境的复杂性，结构件形状和断裂面的不规则性，起裂源的不确定性，对扫描电镜的样品座提出了更高要求。如板状结构件需要对上下两个表面都要进行扫描电镜的失效分析，这时观察其中一个面，便需要固定另外一个表面，被固定的下表面既无法同时与上表面进行失效分析观察，同时会被导电胶等固定剂污染，其需要一种在真空样品室内可180°翻转的位移方式；如轴外表面或者外管壁发生失效的构件，其圆柱壁表面任意位置都可能存在着失效信息，其需要一种在真空样品室内可360°翻转的位移方式，而现有的样品台既无法进行原位探测，又由于其柱面为一曲面，很难在平面样品台上进行固定；对于各个方向上更复杂，形状极其不规则的断口，现有的扫描电镜样品台更无法实时进行任意方向上的断口信息观察，需要取出后调整观察面后重新固定，然后放入样品室后花费很多时间进行抽真空，然后加载电压，通过位移系统的调整获得样品台观察的合适位置，消耗大量的时间和物力，更惋惜的是在反复操作中，由于对样品进行多次固定和人为接触，丢失了很多或许有决定作用的失效表面信息，影响了失效原因的定论。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种原位失效分析样品台，其能够实现将样品任意翻转观察，解决了样品台无法进行任意角度翻转灵活观察的问题，提高了失效分析的效率，减少了外部接触对失效件的破坏，提高了设备的使用寿命。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种原位失效分析样品台，包括：

换向部，其包括第一锥形齿轮和第二锥形齿轮，所述第一锥形齿轮和第二锥形齿轮啮合；第一锥形齿轮套设固定在第一齿轮轴上；第二锥形齿轮套设固定在第二齿轮轴上；

夹持部，其安装在第二齿轮轴端部，用于夹持样品；

驱动部，其与第一齿轮轴相连，用于驱动第一锥形齿轮转动，带动第二锥形齿轮原位转动，进而带动样品绕第二齿轮轴360度转动，以实现样品的原位失效分析。

为了解决上述问题，本公开的第二个方面提供一种扫描电镜，其能够实现将样品任意翻转观察，解决了样品台无法进行任意角度翻转灵活观察的问题，也避免了扫描电镜需要进行反复抽真空、加载荷卸载电压等操作的时间和物力的浪费，提高了失效分析的效率，减少了外部接触对失效件的破坏，提高了设备的使用寿命。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种扫描电镜，其特征在于，包括上述所述的原位失效分析样品台。

本公开的有益效果是：

本公开利用第一锥形齿轮和第二锥形齿轮啮合，驱动部驱动第一锥形齿轮转动，带动第二锥形齿轮原位转动，进而带动样品绕第二齿轮轴360度转动，以实现样品的原位失效分析，将扫描电镜r轴360°转动转化为可绕x轴或y轴360°转动，实现了将样品任意翻转观察，解决了样品台无法进行任意角度翻转灵活观察的问题，也避免了扫描电镜需要进行反复抽真空、加载荷卸载电压等操作的时间和物力的浪费，提高了失效分析的效率，减少了外部接触对失效件的破坏，提高了设备的使用寿命。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的一种原位失效分析样品台的侧视图。

图2是本公开实施例提供的一种原位失效分析样品台的主视图。

图3是本公开实施例提供的一种原位失效分析样品台的立体图。

图4是本公开实施例提供的支撑结构示意图。

图5是本公开实施例提供的第一锥形齿轮结构示意图。

其中，1-第一锥形齿轮；2-第二锥形齿轮；3-第二齿轮轴；4-支撑结构；5-底座；6-底部；7-侧壁；8-半圆豁口；9-凹槽；10-齿轮座。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1-图3所示，本实施例提供了一种原位失效分析样品台，包括：

换向部，其包括第一锥形齿轮1和第二锥形齿轮2，所述第一锥形齿轮1和第二锥形齿轮2啮合；第一锥形齿轮套设固定在第一齿轮轴上；第二锥形齿轮2套设固定在第二齿轮轴3上；

夹持部，其安装在第二齿轮轴端部，用于夹持样品；

驱动部，其与第一齿轮轴相连，用于驱动第一锥形齿轮转动，带动第二锥形齿轮原位转动，进而带动样品绕第二齿轮轴360度转动，以实现样品的原位失效分析。

作为一种实施方式，所述扫描电镜原位失效分析样品台，还包括：

支撑部，所述支撑部用于支撑换向部。

作为一种可选实施方式，所述支撑部由两个结构相同的支撑结构4固定连接而成。

可以理解的是，支撑结构可通过螺丝固定或卡接等方式来固定，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择固定连接方式。

具体地，如图4所示，所述支撑结构4包括底部6和侧壁7，所述底部6开设有半圆豁口8，所述半圆豁口8的半径大于第一锥形齿轮1的半径；侧壁7固定在底部上，所述侧壁7的两个端面均设置有至少一个凹槽9，用于支撑第二齿轮轴3。

所述凹槽的半径大于或等于第二齿轮轴。

当侧壁的两个端面上均设置有多个凹槽时，第二齿轮轴通过其穿设的凹槽，来改变第二齿轮轴与水平面之间的角度以及第二锥形齿轮与第一锥形齿轮两者之间的角度，实现样品沿不同方向的轴360度转动。

需要说明的是，支撑部的作用是用于支撑换向部，其结构形式也可采用不对称的分立结构或一体结构来实现。

采用分立结构来实现支撑部的好处是便于原位失效分析样品台的检修，进而提高了原位失效分析样品台的使用寿命。

可以理解的是，本领域技术人员可根据实际情况来具体设置支撑结构的具体结构形式。

作为一种可选实施方式，所述第一锥形齿轮和第二锥形齿轮两者垂直啮合。

以第一锥形齿轮水平设置为例，那么第二锥形齿轮的设置位置为垂直设置，这样第二齿轮轴设置在水平方向，设置在第二齿轮轴端部的样品将绕水平轴方向360度转动。

作为一种可选实施方式，如图1-图3所示，所述换向部设置在底座5上，所述驱动部设置在底座5内。

本实施例通过设置底座，提高了整个原位失效分析样品台的稳定性。

如图5所示，第一锥形齿轮1设置在齿轮座10上，利用齿轮座固定第一锥形齿轮，也提高了原位失效分析样品台的稳定性。

作为一种实施方式，所述驱动部还与控制器相连，所述控制器与无线遥控器相连。

本实施例通过无线遥控器来控制驱动部工作，实现了原位失效分析样品台的远程遥控功能。

需要说明的是，无线遥控器的结构可采用现有结构来实现。

作为一种可选实施方式，所述驱动部包括驱动电机，所述驱动电机通过驱动芯片与控制器相连。

可以理解的是，在其他实施例中，驱动部可采用液压、气压或丝杠的结构形式，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择，此处不再累述。

本实施例利用第一锥形齿轮和第二锥形齿轮啮合，驱动部驱动第一锥形齿轮转动，带动第二锥形齿轮原位转动，进而带动样品绕第二齿轮轴360度转动，以实现样品的原位失效分析，将扫描电镜r轴360°转动转化为可绕x轴或y轴360°转动，实现了将样品任意翻转观察，解决了样品台无法进行任意角度翻转灵活观察的问题，也避免了扫描电镜需要进行反复抽真空、加载荷卸载电压等操作的时间和物力的浪费，提高了失效分析的效率，减少了外部接触对失效件的破坏，提高了设备的使用寿命。

在另一实施例中，还提供了一种扫描电镜，其能够实现将样品任意翻转观察，解决了样品台无法进行任意角度翻转灵活观察的问题，也避免了扫描电镜需要进行反复抽真空、加载荷卸载电压等操作的时间和物力的浪费，提高了失效分析的效率，减少了外部接触对失效件的破坏，提高了设备的使用寿命。

本实施例的一种扫描电镜，包括上述所述的原位失效分析样品台。

需要说明的是，扫描电镜的其他结构均是现有结构，此处不再累述。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。