Керамика — распространённый неорганический неметаллический материал; благодаря своим выдающимся физико‑химическим свойствам она повсеместно применяется в таких высокотехнологичных отраслях, как авиация и космонавтика, электроника и информационные технологии, биомедицина, а также производство высокотехнологичного оборудования. Например, из керамики изготавливают диэлектрические материалы для конденсаторов в электронных схемах, а также высокочастотные изоляционные керамические изделия, используемые в качестве подложек и корпусов интегральных микросхем. Благодаря своим уникальным физическим свойствам — акустическим, оптическим, термическим, электрическим и магнитным — а также биологическим, химическим и соответствующим механическим характеристикам, керамические материалы играют ключевую роль в соответствующих инженерных и технологических решениях.

Свойства керамических материалов определяются химическим составом порошка, фазовым составом, гранулометрическим распределением и микроструктурой. При этом размер частиц и удельная поверхность являются двумя ключевыми характеристиками. Сканирующий электронный микроскоп (SEM), благодаря своим уникальным возможностям визуализации и анализа, стал незаменимым инструментом в исследовании керамических материалов. По сравнению с крупногабаритными сканирующими электронными микроскопами, настольные модели серии ZEM компании ZEYU отличаются компактностью, простотой эксплуатации и высокой экономичностью; они позволяют удобно анализировать микроструктуру порошковых исходных материалов, выявлять взаимосвязь между размером частиц и удельной поверхностью и широко применяются в области керамических материалов.

>> Применение топливных сканеров серии ZEM в анализе керамических материалов

Начальная морфология и степень дисперсии керамических материалов непосредственно влияют на последующие технологические процессы получения и на свойства материала. Наблюдение за порошком с помощью настольного сканирующего электронного микроскопа позволяет оценить его распределение по размерам, форму, степень агломерации и другие характеристики, а также оптимизировать технологии получения и диспергирования порошка. На рис. 1 представлены два керамических материала с различной морфологией.

Кроме того, в процессе спекания керамики необходимо оставлять достаточное количество пор для выхода газов; чрезмерная плотность может привести к образованию дефектов, связанных с захватом газов. С помощью настольных сканирующих электронных микроскопов серии ZEM, наблюдая за изменениями микроструктуры керамической заготовки при различных температурах, можно определить оптимальную температуру спекания и время выдержки, предотвращая такие дефекты, как закупорка пор.

Рис. 2 Элементный анализ зерен спеченной керамики

Морфология и размер зерен спектого керамического материала непосредственно влияют на его механические и функциональные свойства. С помощью метода сканирующей электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионным анализом (EDS) осуществляется анализ элементного состава и содержания элементов в микрообластях керамических материалов, что позволяет определить направления улучшения их эксплуатационных характеристик. На рис. 2 представлены результаты элементного анализа зерен керамики.

Морфология зерен в керамическом спектом

Столешные сканирующие электронные микроскопы серии ZEM обладают высоким разрешением изображения, широким полем зрения и простотой подготовки образцов, что делает их идеально подходящими для быстрой характеристики поверхностных дефектов керамических материалов, таких как пористость, включения и трещины. Тип, расположение, размер и закономерности распределения дефектов непосредственно влияют на комплексные свойства материала. На рис. 3 показано наличие мелких дефектов пористости на поверхности керамико‑матричного композита.

Для керамических материалов, вышедших из строя или разрушившихся после испытаний, анализ микроструктуры излома с помощью настольного сканирующего электронного микроскопа ZEM позволяет выявить механизм разрушения материала. На рис. 4 показана морфология плоскостного разрушения при изломе керамики с острым краем; основным режимом выхода из строя является межзерновое разрушение. Кроме того, дополнительный спектральный анализ состава излома позволяет установить типы критических дефектов, приведших к разрушению.