Analisi elettronica della ceramica - Applicazioni di microscopia elettronica a scansione (SEM).

December 12, 2022

I materiali ceramici hanno una serie di caratteristiche come elevato punto di fusione, elevata durezza, elevata resistenza all'usura e resistenza all'ossidazione e sono ampiamente utilizzati in vari campi dell'economia nazionale come l'industria elettronica, l'industria automobilistica, l'industria tessile, chimica e aerospaziale . Le proprietà fisiche dei materiali ceramici dipendono in gran parte dalla loro microstruttura, che è un'importante area di applicazione del SEM.

Cosa sono le ceramiche?

I materiali ceramici sono una classe di materiali inorganici non metallici costituiti da composti naturali o sintetici mediante formatura e sinterizzazione ad alta temperatura e possono essere suddivisi in materiali ceramici generali e materiali ceramici speciali.

I materiali ceramici speciali possono essere classificati in base alla composizione chimica: ceramiche di ossido, ceramiche di nitruro, ceramiche di carburo, ceramiche di boruro, ceramiche di siliciuro, ecc.; in base alle loro caratteristiche e applicazioni possono essere suddivisi in ceramiche strutturali e ceramiche funzionali.

Figura 1 Morfologia microscopica della ceramica al nitruro di boro Figura 1 Morfologia microscopica della ceramica al nitruro di boro

Il SEM aiuta a studiare le proprietà dei materiali ceramici

Con il continuo sviluppo della società, della scienza e della tecnologia, le esigenze delle persone in termini di materiali sono aumentate, il che richiede una comprensione più profonda delle varie proprietà fisiche e chimiche della ceramica. Le proprietà fisiche dei materiali ceramici dipendono in gran parte dalla loro microstruttura [1] e le immagini SEM sono ampiamente utilizzate nei materiali ceramici e in altri campi di ricerca grazie alla loro alta risoluzione, all'ampio intervallo di ingrandimento regolabile e all'imaging stereoscopico. Il microscopio elettronico a scansione a emissione di campo CIQTEK SEM5000 può essere utilizzato per osservare facilmente la microstruttura dei materiali ceramici e dei prodotti correlati e, inoltre, lo spettrometro di energia a raggi X può essere utilizzato per determinare rapidamente la composizione elementare dei materiali.

Applicazione del SEM nello studio della ceramica elettronica

Il più grande mercato di utilizzo finale dell'industria della ceramica speciale è l'industria elettronica, dove il titanato di bario (BaTiO3) è ampiamente utilizzato nei condensatori ceramici multistrato (MLCC), nei termistori (PTC) e in altri dispositivi elettronici. componenti grazie alla sua elevata costante dielettrica, alle eccellenti proprietà ferroelettriche e piezoelettriche, alla resistenza alla tensione e alle proprietà di isolamento [2]. Con il rapido sviluppo dell'industria dell'informazione elettronica, la domanda di titanato di bario è in aumento e i componenti elettronici stanno diventando più piccoli e miniaturizzati, il che comporta anche requisiti più elevati per il titanato di bario.

I ricercatori spesso regolano le proprietà modificando la temperatura di sinterizzazione, l'atmosfera, il drogaggio e altri processi di preparazione. Tuttavia, il punto è che i cambiamenti nel processo di preparazione causano cambiamenti nella microstruttura del materiale e quindi nelle proprietà. Gli studi hanno dimostrato che le proprietà ferroelettriche dielettriche del titanato di bario sono strettamente correlate alla microstruttura del materiale, come la porosità e la dimensione dei grani [3]. La morfologia delle particelle, l'uniformità della dimensione delle particelle e la dimensione dei grani delle polveri ceramiche di titanato di bario possono essere caratterizzate mediante microscopia elettronica a scansione a emissione di campo SEM5000 come mostrato nella Figura 2.

I risultati della caratterizzazione della microstruttura sono guide importanti per la selezione dei metodi di sinterizzazione e dei parametri di processo. Inoltre, lo studio della microstruttura dei materiali mediante SEM aiuta a comprendere la relazione tra microstruttura e proprietà.

Figura 2 Morfologia microscopica della polvere ceramica di titanato di bario

Anche il titanato di bario e stronzio (BaxSr1-xTiO3) è un importante materiale ceramico elettronico, che è una soluzione solida formata da titanato di stronzio e titanato di bario. Rispetto al titanato di bario, ha una costante dielettrica più elevata, una perdita dielettrica inferiore, una maggiore resistenza alla rottura e un punto di transizione di fase regolabile con composizione, ed è stato ampiamente studiato e utilizzato nei dispositivi elettronici da un gran numero di studiosi. [4] Attualmente, i ricercatori utilizzano spesso metodi come la regolazione del rapporto Sr/Ba e elementi dopanti per ottenere prestazioni migliori. Tuttavia, è ancora fondamentale modulare le proprietà del materiale modificando la microstruttura del materiale. La Figura 3 mostra l'immagine elettronica retrodiffusa del titanato di bario-stronzio sinterizzato testato dal microscopio elettronico a scansione a emissione di campo SEM5000, che può essere utilizzato per caratterizzare l'omogeneità compositiva del materiale a basso ingrandimento, mentre l'immagine elettronica retrodiffusa ad alto ingrandimento ha anche una certa rivestimento morfologico.

Figura 3 Morfologia microscopica dei prodotti sinterizzati di titanato di bario stronzio

I materiali ceramici, i materiali metallici e i materiali polimerici sono i tre materiali più utilizzati nella società odierna. Con il continuo sviluppo della scienza, della tecnologia e dell’economia sociale, il futuro porrà requisiti sempre più severi in termini di prestazioni dei materiali ceramici. L'uso del SEM per caratterizzare la microstruttura dei materiali ceramici aiuterà a migliorare la tecnologia di preparazione dei materiali ceramici verso prestazioni più elevate.

Microscopio elettronico a scansione a emissione di campo CIQTEK SEM5000

SEM5000 è un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo ad alta risoluzione e ricco di funzionalità, con design avanzato del barilotto, decelerazione all'interno del barilotto e design dell'obiettivo magnetico senza perdite a bassa aberrazione, per ottenere immagini ad alta risoluzione a bassa tensione, che possono essere applicate ai campioni magnetici. SEM5000 è dotato di navigazione ottica, funzioni automatiche perfette, interazione uomo-macchina ben progettata, funzionamento ottimizzato e processo di utilizzo. Indipendentemente dal fatto che l'operatore abbia una vasta esperienza, puoi iniziare rapidamente con il compito della fotografia ad alta risoluzione.

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