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來自德國的“MIRA超大試樣室掃描電鏡（LC-SEM）”，自從推出后，已在航空、航天及材料科學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。LC-SEM可以同時(shí)裝備多種探測設(shè)備（背散射電子成像、EDS、EBSD、FIB、FT-IR）來滿足不同的需求。不僅可以檢查大型零部件的物理特性，還可以評(píng)價(jià)原材料的化學(xué)和結(jié)晶體特性。幾乎對(duì)任何樣本都可實(shí)現(xiàn)非常準(zhǔn)確的，直到在分子層面的一站式檢查和分析。
使用通常掃描電子顯微鏡時(shí)，面臨困難之一是被測樣品的大小限制，通常情況下，只能對(duì)直徑在數(shù)十到一百毫米內(nèi)小的樣本進(jìn)行研究且只有一兩種關(guān)聯(lián)的分析工具，這限制了這一重要測試技術(shù)的應(yīng)用。LC-SEM克服了這一點(diǎn)，其超大真空室和光學(xué)系統(tǒng)擴(kuò)展視圖功能可容納直徑與高度分別達(dá)1.5米，重300kg的樣品，分辨率優(yōu)于10納米，放大倍數(shù)10倍-30萬倍，真空度10-6毫巴，加速電壓30kv。從一粒沙子到一個(gè)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)大小的樣品，不必切小，僅用一臺(tái)儀器就可以做全面的檢查。其足夠大的空間還可進(jìn)行原位觀察，實(shí)現(xiàn)零部件疲勞、應(yīng)力/應(yīng)變、磨損等非破壞性試驗(yàn)研究。
LC-SEM 真空室和真空系統(tǒng)
LC-SEM試樣室有 3 m3、9 m3、12 m3 三種型號(hào)，分析試樣可高達(dá)：直徑1500毫米、高度1500毫米。真空系統(tǒng)裝配有強(qiáng)大的三個(gè)泵：旋片和轉(zhuǎn)子泵應(yīng)用于低真空，渦輪增壓泵應(yīng)用于高真空，可實(shí)現(xiàn)10 -6 mbar的高真空。該系統(tǒng)有足夠的能力，除去腔室中試樣的氣體，在45分鐘內(nèi)便可以實(shí)現(xiàn)所需的真空度。設(shè)置有多層墻體保證了不受任何外部磁場的影響。
的定位系統(tǒng)
當(dāng)一個(gè)人觀察一個(gè)小的對(duì)象時(shí)，會(huì)在手中扭轉(zhuǎn)對(duì)象，人眼-可視化系統(tǒng)是固定的。當(dāng)觀察一個(gè)更大的物體時(shí)，人會(huì)在物體周圍左右移動(dòng)，以便觀察它。種情況是類似于標(biāo)準(zhǔn)SEM的情況，而后者則反映了LC-SEM的情況。
LC -SEM 配備了定位系統(tǒng)，配備有一個(gè)5 +1旋轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，電子搶、相機(jī)和各種探測器都懸掛在旋轉(zhuǎn)軸上，最初是利用遠(yuǎn)程控制來調(diào)整軸的角度和高度，使柱體的置相對(duì)迅速接近樣品的重點(diǎn)區(qū)域，再通過計(jì)算機(jī)控制移動(dòng)電子槍和探測器以及完整的光學(xué)系統(tǒng)，可以滿足從不同角度的視角觀察。在研究過程中，還可以進(jìn)行修改以便優(yōu)化信號(hào)接收。并且還可以移動(dòng)試樣，這樣極大地減少了試樣裝載次數(shù)。
四個(gè)電腦顯示器通過探測器跟蹤柱和樣品的運(yùn)動(dòng)以及觀察試樣表面特性和分析化學(xué)信息，軟件、電氣和機(jī)械接口通過一個(gè)單一的終端控制。
成像和分析系統(tǒng)
通過裝備高級(jí)電子槍，LC-SEM有能力提供高于10nm的分辨率和高達(dá)30萬倍的圖像放大能力，加上強(qiáng)大的二次反射電鏡的通道倍增探測器，整個(gè)系統(tǒng)通過多個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)保證圖像的質(zhì)量。阻尼系統(tǒng)可以防止外部振動(dòng)影響系統(tǒng)，同時(shí)電子槍和探測器有一個(gè)創(chuàng)新的冷卻循環(huán)系統(tǒng)。LC-SEM和它的所有部件都采用100％的計(jì)算機(jī)控制，其系統(tǒng)全部使用Microsoft Windows ®的軟件設(shè)計(jì)。
通過分析系統(tǒng)的集成，在腔室的真空環(huán)境下，通過背散射電子成像，能量發(fā)散X射線光譜儀（EDS）和電子背散射衍射系統(tǒng)（EBSD），LC-SEM擁有生成完整的測試結(jié)果的能力。LC-SEM也可以配置聚焦離子束（FIB）和傅立葉變換紅外光譜儀（FT-IR）實(shí)現(xiàn)其擴(kuò)展功能。LC-SEM的可變壓力方式還可以讓工程師和科學(xué)家做傳導(dǎo)和絕緣樣本的臨界面特性研究，包括金屬、陶瓷、水泥和金屬間化合物。
原位觀測、分析
除了研究大樣本，LC–SEM還可應(yīng)用于在材料的變形行為的原位觀測以及在微系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域生產(chǎn)過程的現(xiàn)場觀測控制中。LC–SEM也可以通過“中斷監(jiān)控”實(shí)現(xiàn)較大的工程部件的無損檢測實(shí)驗(yàn)。例如，測試高壓泵的高負(fù)荷部件的摩擦特性，可以通過進(jìn)行中斷監(jiān)控來研究。這些部件在正常工作一段時(shí)期后，可在LC-SEM中觀察研究，之后可以再立即工作，從而得到不同使用階段的摩擦特性。這種監(jiān)測系統(tǒng)的方式將打開一個(gè)全新的、廣闊的工程應(yīng)用領(lǐng)域，使得我們能夠獲得更直接、更詳細(xì)的對(duì)磨合和破壞過程的了解。
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LC-SEM用戶
德國不來梅大學(xué) Universit?t Bremen
德國漢諾威大學(xué) Umiversitat Hannover
德國亞琛工業(yè)大學(xué) RWTH Aachen University
德國埃爾蘭根—紐倫堡大學(xué) Friedrich-Alexanqder-Universit?t Erlangen-N?rnberg
德國多特蒙德工業(yè)大學(xué) TU Dortmund
德國不倫瑞克工業(yè)大學(xué) Technische Universit?t Braunschweig
日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）
美國NOVA無損檢測中心 設(shè)在美國西肯塔基大學(xué) Nondestructive Analysis (NOVA) Center
美國能源部國家核安全管理局的機(jī)構(gòu) Y-12 National Security Complex
美國空軍裝備部 延克空軍基地材料實(shí)驗(yàn)室 Tinker AFB Materials Laboratory
MIRA超大試樣室掃描電鏡（LC-SEM）技術(shù)規(guī)格參數(shù)
| 電子光學(xué) |
|
| 分辨率 | 優(yōu)于10納米 |
| 放大 | 10x–300,000x |
| 加速電壓 | 0.2–30keV |
| 探測器 | 二次反射通道倍增電子探測器 四象限背散射電子探測器 |
| 分析能力 | 能量色散X射線光譜儀（EDS） |
| 電子背散射衍射儀（EBSD） | |
| 附加功能 | 聚焦離子束（FIB） |
| 傅立葉變換紅外光譜儀（FT-IR） | |
| 內(nèi)部攝像系統(tǒng) | |
| 圖像處理 |
|
| 軟件 | MIRA控制系統(tǒng) |
| 硬件 | 電腦，顯示器和打印機(jī) |
| 真空系統(tǒng) |
|
| 低真空泵 | 旋片泵，65立方米/ h |
| 旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子泵，400立方米/小時(shí) | |
| 高真空泵 | 渦輪泵2400升/秒 |
| 極限真空 | 直至45分鐘后10 -6毫巴 |
| 真空室 | 3 m3;9 m3; 12 m3 |
| 標(biāo)本 |
|
| 尺寸 | 高達(dá)直徑1500毫米，高度1500毫米 |
| 質(zhì)量 | 300 kg, |
| 定位系統(tǒng) |
|
| 軸 | 5 +1微步控制軸系統(tǒng) |
| 重復(fù)精度 | ±50 μm |
| 定位范圍 |
|
| X-軸 | 600mm,1000mm,1500mm |
| Z-軸 | 600mm,1000mm,1500mm |
| A-軸 | 90° |
| B-軸 | 135° |
| C-軸 | 360° |
| D-軸 | 350° |
