贵金属复合材料覆层厚度的扫描电镜测定方法（GB/T XXXXX-XXXX）试验报告贵金属复合材料覆层厚度的扫描电镜测定方法（GB/T XXXXX-XXXX）试验报告前言该试验报告按截面的制备方法主要分为两个部分，第一部分是镶嵌法，主要用于制备厚覆层厚度的贵金属复合材料，第二部分是FIB法，主要用制备薄覆层厚度的贵金属复合材料。
第一部分使用多种贵金属复合材料，通过冷镶嵌或热镶嵌方法制备出材料截面并测量其覆层厚度，通过金相法验证其可行性。
第二部分使用FIB制备多种贵金属复合材料的覆层截面并测量其覆层厚度，研究其测量的效果及可行性。
1.镶嵌法1.1冷镶嵌法1.1.1测试样品：Ag/Al复合丝，Au/Ag复合丝。
1.1.2试验仪器及耗材试剂：仪器：天平（感量：0.01g），扫描电子显微镜（分辨率优于10nm，SE 30KV）,离子溅射仪，金相显微镜，超声波清洗机，金相磨抛机；耗材：碳导电胶带，液体银导电胶，镊子，一次性无尘手套，砂纸金相砂纸（320#，600#，1200#），金相抛光膏，金刚石抛光膏（1μm，0.5μm），金相冷镶嵌模，凡士林，金属Cu片；试剂：E-44环氧树脂，多乙烯多胺，AGE试剂（十二至十四烷基缩水甘油醚）；1.1.3试验方法及原理：1.1.3.1取样及镶嵌准备：①取金属Cu片裁剪成适合的尺寸大小并弯折成L型，将待测丝材缠绕于L型的金属Cu片上待用（针对细丝样品，较粗的管材与棒材可磨平端面竖直放置于冷镶嵌模中就可，或者采用热镶嵌）。
②将凡士林涂抹于编了号的冷镶嵌模中待用1.1.3.2冷镶嵌：将调配好的液体环氧树脂镶嵌料注入含有样品的冷镶嵌模具中，按照下表方法操作直至完全固化。
镶嵌料配方及处理方式见下表：1.1.3.3研磨及抛光：研磨：将镶嵌好的试样依次使用320#，600#，1200#的金相砂纸研磨。
每次更换一次砂纸其磨制方向与上道磨制方向呈90°夹角。
抛光：将磨制好的试样依次使用1μm，0.5μm的金刚石抛光膏或金刚石喷雾剂或金刚石悬浮液抛光，每次更换一次抛光布或抛盘其抛光方向与上道抛光方向呈90°夹角（若使用全自动抛光机无抛光方向限制）。
清洗：使用超声波清洗机进行清洗，烘干后备用。
1.1.3.4样品的安装与导电处理：将样品使用液体导电胶或导电胶带安装于样品台上，并用液体导电胶或导电胶带对测试面进行“搭桥”（将测试面与样品台进行导电连接）处理，然后放在离子溅射仪中进行表面镀金处理。
离子溅射的原则：如果所测样品含或可能有某种金属A，最好不要选用含A 的离子溅射靶材，溅射时间30s~60s。
如果选用导电的冷镶嵌料且样品自身也是导电的可以不进行表面镀金处理。
1.1.3.5测量：将带有样品的样品台安装于SEM样品仓内，待抽真空完毕后进行拍照，并选取清晰的图像进行测量，测量应遵循以下原则：①选取位置原则：对于丝材而言要选择圆度好，且直径与产品规格接近的截面来进行拍照测量。
②分辨率最佳原则：测量图像要求聚焦清晰，无像散。
③放大倍数原则：选取适合的放大倍数，保证覆层足够放大且可测量；④衬度最佳原则：测量图像可以选用不同加速电压，不同工作距离，不同类型拍摄模式，根据所用电镜性能及样品实际情况确定，使得覆层与基材形成明显可测量的衬度效果（如果无法形成衬度可在制样过程中加入腐蚀步骤以形成表面的凸凹起伏，便于SE电子像有一个好的衬度效果）。
⑤EDS确认原则：如果是多镀层样品测量过程中需要用EDS确认其各层覆层的元素信息，避免出现漏测或覆层不能对应的情况。
1.1.4试验结果及讨论1.1.4.1Ag/Al复合丝结果见下图：平均覆层厚度T=148μm结论：结果良好，该方法适合制备厚覆层的贵金属复合丝才。
1.1.4.2Au/Ag复合丝结果见下图：结果讨论：该样品实际覆层厚度在90nm~110nm，可见机械制样方法无法对样品边缘进行有效保护，磨抛过程中覆层发生变形，无法有效获得良好的覆层厚度截面导致测量无法进行。
1.2热镶嵌法：1.2.1测试样品：AC2中温复合焊料、49FK-690复合焊料、ASCM/BZn电接触复合材料AgNi10/QSn电接触复合材料、AgPd30/MX215电刷材料。
以上材料均为板带材层状复合材料，AC2、ASCM/BZn属于单面复合材料，49FK-690属于双面复合材料，AgNi10/QSn，AgPd30/MX215属于条复合材料。
图1板带材层状复合材料的复合形式1.2.2试验仪器及耗材试剂：仪器：热镶嵌机、金相研磨抛光机、金相显微镜、扫描电子显微镜（分辨率优于10nm，SE 30KV），离子溅射仪、超声波清洗机。
耗材：热固性酚醛树脂或导电热镶嵌料（选择低背景型的导电镶嵌料，即添加石墨或碳纤维的热固性酚醛树脂，尽量不要选择添加金属粉末的导电热镶嵌料），碳导电胶带，液体银导电胶，镊子，一次性无尘手套，砂纸金相砂纸（320#，600#，1200#），金相抛光膏，金刚石抛光膏（1μm，0.5μm）1.2.3试验方法及原理：1.2.3.1取样及镶嵌前的准备：取样：贵金属板带材取样需要特别注意，不能取带材头部及尾部作为检测样品，需取除去前部或后部轧制牵引带后才能取样。
条复合材料需取带有覆层的位置。
镶嵌前准备：将取来的贵金属带材弯折呈L形状。
1.2.3.2热镶嵌：将样品树立放置于热镶嵌机中，带有金属覆层的断面要与底部接触，加入5g~8g热固性酚醛树脂粉，加压并加热至140℃，在140℃保温3分钟，然后冷却至室温，并取出样品待用。
1.2.3.3研磨及抛光：与1.1.3.3相同1.2.3.4样品的安装与导电处理：与1.1.3.4相同1.2.3.5测量：与1.1.3.5相同1.2.4试验结果及讨论1.2.4.1 AC2中温复合焊料：1.2.4.2 ASCM/BZn 电接触材料：1.2.4.3 49FK-690复合焊料：1.2.4.4AgNi10/QSn电接触复合材料：1.2.4.5 AgPd30/MX215：讨论：该制样方法能够满足微米级覆层厚度的测量，结果良好。
2.FIB法2.1FIB平面制备法2.1.1测试试样：Ir/Rh/Au/FeNi、Rh/Ag/FeNi、Ru/Ag/FeNi、Ru/Ti/FeNi2.1.2试样仪器及耗材试剂：试验仪器：双束电子显微镜（FIB-SEM系统，其GIS系统包含C沉积气体，SE像分辨率优于3nm,BSE像分辨率优于5nm（HV:30kV））耗材试剂：碳导电胶带、液体银导电胶、镊子、一次性无尘手套。
2.1.3试验过程及原理：（1）样品的安装与固定：将待测样品使用碳导电胶带或液体银导电胶安装于平面样品台上，待测面（覆层面）水平。
（2）测试前的准备：①将安装好的待测样品放入电镜样品仓中②预热FIB系统，预热GIS系统。
（3）寻找共焦点：①什么是共焦点：共焦点即I-beam（离子束）与E-beam（电子束）的交汇点，在这个交汇点上倾斜，旋转，水平移动样品台其电子束成像与离子束成像的位置都是同步的，寻找共焦即寻找一个Z轴位置，该位置上I-beam（离子束）与E-beam（电子束）的交汇于一点。
共焦点图2.双束系统示意图，其中电子和离子束在样品表面重合于点共焦点。
②如何寻找：打开E-beam（电子束）SE图像，将样品台Z轴移动至共焦点附近高度（一般在WD=10mm左右）。
在样品表面寻找一个特殊点（一粒灰尘或者一个孔等）移动至视野中心，倾斜样品台至7°，微调样品台Z轴将该标记找回于视野中心。
注：WD即工作距离（working distance）详见：GB/T 21636-2008《微束分析电子探针显微分析（EPMA）术语》（4）沉积C保护层：①电子束诱导沉积碳保护层（覆层低于100nm时，才需要该步骤，目的在于减小FIB对样品覆层的损伤）将预热好的C GIS插入电子束诱导沉积过程推荐参数如下：用电子束在样品表面沉积一层C层图3通过电子束在样品表面沉积一层C保护层测试完毕后撤出C GIS②离子束诱导沉积碳保护层（在电子诱导束沉积的C层上）将预热好的C GIS插入离子束诱导沉积过程推荐参数如下：图4通过离子束在样品表面沉积一层C保护层测试完毕后撤出C GIS（5）离子束切割覆层截面①粗切图5离子束粗切示意图选用较大的FIB 束流用一个regular cross section 的pattern将需要加工的截面一侧掏空。
Pattern的方向终止于C保护层的边缘，并保持0.5~1um 的距离。
Pattern 的深度z 比覆层的厚度多出至少2um，y 方向设为z 值的2~2.5 倍。
推荐参数如下：图6粗切后的效果（e-beam，SE观察）②精切（精切需要分多步进行,束流由大致小）选用较小的FIB 束流用一个和Cleaning cross section 的Pattern 将预加工的截面一侧进行精细切割。
Pattern的方向终止于C保护层之内。
切割深度必须覆盖所有覆层，并比覆层的厚度多出至少2μm。
推荐参数如下：图7精切后的效果（e-beam，SE观察）（5）拍摄与测量：拍摄应该遵循以下原则①仪器安全原则：拍摄过程中要避免探测器、样品台、气体注入系统之间发生相互碰撞。
测试前需全面了解其存在的风险。
②选取位置原则：选取镀层无缺陷完整的位置。
③分辨率最佳原则：测量图像要求聚焦清晰，无像散。
④放大倍数原则：选取适合的放大倍数，保证覆层足够放大且可测量；⑤衬度最佳原则：测量图像可以选用不同加速电压，不同工作距离，不同类型拍摄模式，根据所用电镜性能及样品实际情况确定，使得覆层与基材形成明显可测量的衬度效果（如果无法形成衬度可在拍摄前用Ga离子束轰击截面以形成表面的凸凹起伏，便于SE电子像有一个好的衬度效果）。
⑥EDS确认原则：如果是多镀层样品测量过程中需要用EDS确认其各层覆层的元素信息，避免出现漏测或覆层不能对应的情况。
测量时应注意的事项：测量过程用e-beam进行拍摄，需要明确样品所处状态，尤其是样品台处于倾斜位置。
测量需要选择“Cross-section”模式。
如果无该模式其计算方法如下：T=T´/sinθT：实际覆层厚度；T´：测量出的厚度；θ：样品台的倾斜角度。
2.1.4结果与讨论：2.1.4.1部分结果展示：（1）Ir/Rh/Au/FeNi（2）Rh/Ag/FeNi（3）Ru/Au/FeNi2.1.4.2讨论：从结果中可以看出该方法制备的薄覆层截面良好可测，尤其对100nm以下的覆层具有巨大优势。
2.2FIB双倾斜制备法2.2.1测试材料：Au/Ag超细复合丝（φ20μm）2.2.2试验仪器及耗材试剂：试验仪器：双束电子显微镜（FIB-SEM系统，其GIS系统包含C沉积气体，SE像分辨率优于3nm,BSE像分辨率优于5nm（HV:30kV））耗材试剂：碳导电胶带、液体银导电胶、镊子、一次性无尘手套、双倾样品台（长边倾斜54°，短边倾斜36°）。