现代分析技术在薄膜材料研究中的应用

关键词:钢铁成分分析标准物质        有色金属标准物质        建材成分分析标准物质        核材料成分分析与放射性测量标准物质          

    1 引言

    表面工程是在传统表面技术的基础上,综合应用材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理学、化学、摩擦学等学科的原理、方法及最新成就发展起来的一门新兴学科。表面工程通过研究材料表面与界面的特征、性能、改性过程和相应方法,利用各种物理、化学或机械的工艺过程改变基材表面状态、化学成分、组织结构或形成特殊的表面覆层,优化材料表面,以获得原基材表面所不具备的某些性能,达到特定使用条件对产品表面性能的要求,获得高装饰性、耐腐蚀、抗高温氧化、减摩、耐磨、抗疲劳性及光、电、磁等多种表面特殊功能。它最突出的技术特点是勿需整体改变材质而能获得原基材所不具备的某些特性,获得如超细晶粒、非晶态、超饱和固溶体、多重结构、多相弥散结构等薄膜材料。它的另一技术特点是选材广,具有极大的灵活性,通过不同的处理工艺,可在金属、有机、无机材料表面制备出单金属、合金、陶瓷、有机高分子材料、类金刚石、金刚石、非晶态等多种薄膜层。近年来,表面工程的研究得到迅速发展,不仅取得了丰硕的科研成果,而且随着在制造业中的应用日益广泛,也获得了良好的经济效益。
    薄膜材料的性能主要由材料成分、显微组织、相结构和界面状态所决定,而其成分、显微组织、相结构和界面状态又与表面处理技术和工艺有关。因此,分析薄膜材料的成分、显微组织、相结构和界面状况,并研究其与薄膜的性能、处理工艺之间的关系,是提高工艺水平、保证薄膜层质量的重要途径。近年来,表面和界面的电子显微分析技术的长足发展,为研究薄膜材料的微观状态提供了众多的分析测试手段,本文简要地讨论几种表面分析技术的特点及其在薄膜材料成分、形貌和晶体结构研究中的应用,供薄膜材料研究工作者参考。

    2 薄膜材料的成分分析

    由于下述原因,在一般情况下很难采用化学分析的方法实现对薄膜材料成分的分析。①薄膜材料的质量很小,取样很困难;②化学分析法得到的结果是一个平均值,无法解释薄膜材料的成分、工艺和性能之间的相互关系。这是因为薄膜材料的成分往往是微区不均匀分布,所以必须选用微区成分分析方法对薄膜材料进行微区成分分析。
    2.1 电子探针X射线显微分析
    电子探针X射线显微分析(EPMA, Electron Probe Microanalyser)是目前比较理想的一种微区成分分析手段。
    电子探针仪利用高能电子与固体物质相互作用的原理,通过能量足够高的一