Elektronmikroskop och materialforskning

Taggar: Teman: mikroskop

14

Då man granskar den utveckling som under ett par årtionden skett inom materialforskningen, måste elektronmikroskopet och dess användning obestridligt anses vara det största framsteget.

Vid jämförelse av elektronmikroskopin med tidigare konventionella metoder har den två fördelar:

De förstoringar som uppnåddes med optiska mikroskop före elektronmikroskopen togs i bruk var ungefär tusenfaldiga; med elektronmikroskopen är det lätt att åstadkomma förstoringar på flera hundratusen gånger.

Tidigare fanns det inte någon direkt metod att observera materialets inre = struktur, medan det nu med hjälp av den nya genomlysningsmetoden är möjligt att noggrant analysera materialets inre mikrostruktur, som enligt vad man vet på ett centralt sätt bestämmer materialets mekaniska och fysikaliska egenskaper.

Artikelförfattaren Veikko K Lindroos, 36, är professor i metallära vid Tekniska högskolan 1 Otnäs. Han har specialiserat sig på undersökningar av i metallers — mikrostruktur med hjälp av elektronmikroskop.

Hur elektronmikroskopet är konstruerat och hur det fungera =» Elektronmikroskop som används vid materialforskning indelas enligt det sätt på vilket bilden uppstår i två hut vudgrupper. Mikroskop i vilka bilden! av provets inre struktur fås till stånd elektronoptiskt kallas genomlysningselektronmikroskop, medan de mikroskop som avbildar provets yta elektriskt kallas svepelektronmikroskop. De viktigaste delarna i genomlysningsmikroskopet (bild 1) är elektronkällan och det elektronoptiska systemet som består av såväl magnetlinser som goniometer. Med hjälp av goniometern kan provet lutas kring en eller två axlar.

-Den viktigaste delen i det elektronoptisk systemet och härmed hela mikroskopets centralaste del är objektivlinsen, vars kvalitet i första hand bestämmer den upplösningsförmåga och kontrast som kan uppnås. Det elektronoptiska systemet och själva provet befinner sig i vakuum.

Elektronerna utsänds från en glödkatod och accelereras i ett kraftigt spänningsfält (100—1000 kV). Med hjälp av magnetlinser, samlingslinser, ovanför provhållaren styrs elektronerna till en så likformig (koherent) stråle som möjligt. Då elektronstrålen tränger igenom den tunna (1075… 107? mm), genom elektrolytisk polering framställda provhinnan i provhållaren, diffrakterar (bryts) strålen delvis. Objektivlinsen nedanför provet ger en bild av provet som i de följande linserna förstoras till den slutliga bilden på den fluoriserande skivan. Då materialprov alltid innehåller gitterfel (dislokationer), som har uppkommit genom att atomerna avvikit från sina jämviktslägen i kristallgittret, uppstår intensitetsdifferenser genom växelverkan mellan de elektroner som tränger igenom provet och gitterfelen. Provets inre defekter är på bilden (2) synliga som intensitetsdifferenser, kontraster.

Elektronmikroskopins tillämpningar

Den främsta fördelen med elektronmikroskopin är den mångsidiga kunskap vi kan få om mikrostrukturen i kristallina material, bla metaller. Vid genomlys FORUM 1: 7 ningsundersökningar kan man genom analys baserad på kontrastbilder bestämma kristallers kristallografiska struktur och med olika analysapparater även miktostrukturens kemiska sammansättning. Analysmetoden grundar sig antingen på de röntgenstrålar som den primära elektronstrålen orsakat eller på hastighetsfördelningen hos de elektroner som trängt igenom provet. Högre accelerationsspänning gör det möjligt att bättre observera ”bulk-egenskaper hos massiva föremål och att följa upp strukturella förändringar och registrera företeelser i mikroskop vid genomlysning.

De apparaturtekniska fördelar som genomlysningsmikroskop med hög accelerationsspänning ger har gjort det möjligt att direkt studera för materialforskning centrala fenomen. Sådana är bla fasförändringsreaktioner, deformationsprocesser och = utskiljningsföreteelser. Med hjälp av videoteknik kan man härvid fortlöpande registrera observationerna. Likaså kommer undersökningar av bestrålat material att utöka den effektiva användningen av = elektronmikroskop med en accelerationsspänning av I MeV eller mera,

I :ett svepelektronmikroskop utformar från provets yta reflekterade elektroner den primära bilden av provet. Moderna svepelektronmikroskop med god upplösningsförmåga och djupskärpa och försedda med lämplig apparatur för noggrann kvantitativ kemisk analys kan ge värdefulla och användbara uppgifter om provets ytstruktur, ytans kristallografi och kemiska sammansättning. Användningen av svepelektronmikroskop är särskilt effektiv vid bla undersökning av brottytor och egenskaper hos pulveraktiga partiklar och vid ytbehandlings- och korrosionsforskning. Halvledarmetallurgin och elektronikindustrin ger viktiga forskningsuppgifter för genomlysnings- och svepelektronmikroskopen.

Den framtida utvecklingen av elektronoptiska apparater

Elektronmikroskopens utveckling kommer troligen främst att gälla apparaturtekniken och att sikta på konstruktionen av kombinerade genomlysnings- och

FORUM 1 : 75 1 svepmikroskop. I fråga om utrustningar med 300 kV eller högre accelerationsspänning strävar man sannolikt att med hänsyn till stabiliteten minska apparaturstorleken och att för övrigt utveckla apparater för användning vid direkta observationer av olika fenomen.

Ett intressant objekt kommer tillverkningen av kommersiella ”wet-cell provhållare att vara. Med hjälp av dem är det möjligt att undersöka reaktioner i olika medier i samband med bla kor High voltage cable

Electron gun rosions-, oxiderings- och reduktionsföreteelser. Filament Vänd! Ist anode 2nd anode

Alignment coils

Gun airlock valv 1st condenser len 2nd condenser lens Bild 1. (tv) Tvärsnitt av elektronmikroskop

Cond sti ondenser stigmator för genomlysning.

Beam deflector

Bild 2. (nedan) Kontrastblld av kristatidefektstruktur vid kallbearbetning av rostfritt stål (18/2/2 — Cr-NI-Mo-stål).

Specimen chamber

Objective aperture Specimen holder Objective stigmator Objective lens Field Kmiting aperture

Intermediate lens

Alignment coil

High resolution electron diffraction chamber

Exposure meter probe

Camera chambe 16

Elektronmikroskop..

Elektronmikroskop för genomlysning med max. 1 MeV accelerationsspänning.

Vid slutet av år 1973 fanns det totalt i hela världen ca 40 mikroskop med hög accelerationsspänning, dvs 300 kV eller inera (bild 3). Av dessa fanns 13 i Europa och ett i Norden i Stockholm.

Då vi också i Finland strävar att följa med i utvecklingen på området, har bergsindustriavdelningen vid Tekniska högskolan för några år sedan framlagt en långsiktsplan för en tillbyggnad på 7000 m?. Den skulle göra det möjligt att anskaffa ett elektronmikroskop med hög spänning och behövlig extra utrustning. Det kan nämnas att accelerationsspänningen för dagens genomlysningsmikroskop i Finland är max. 200 kV.

FORUM 1 : 7 ”Fel att räkna med billig arbetskraft > Industri eller service som helt baserar sig på billig oskolad arbetskraft måste tänka om och småningom övergå till kvalificerat yrkeskunnigt folk, sade DI Håkan Österberg, chef för Wärtsiläs Helsingforsvarv, vid seminariet ”Kvinnor — resurs eller reserv” i december. Han konstaterade att det vid Helsingforsvarvet råder en situation som är typisk för hela varvsindustrin: ungefär 400 platser är obemannade, med ett osunt stort antal underleverantörer och trots dessa avsevärda leveransförseningar som följd. Varvet har analyserat möjligheterna att i ökad utsträckning använda kvinnlig arbetskraft, och man beräknar att så mycket som 40 procent av de viktigaste yrkesarbetena på varvet kunde utföras av kvinnliga fackarbetare. Skolningen är inget problem. Varvsindustrin har egna yrkesskolor. Det gäller bara att få intresserad kvinnlig arbetskraft.

Vid seminariet uttalade sig representanter för regering, kommun, industri och intresseorganisationer. Åv arbetstagarorganisationerna var det dock endast Finlands Tekniska Funktionärorganisationers Centralförbund FTFC som vågat ställa upp. Tekniker Kurt Åke Berg vittnade som representant för FTFC om att kvinnornas intåg i tekniska funktionärsyrken har skett långsamt och friktionsfritt. Att det gått långsamt beror på kvinnornas egen attityd — fältet har varit fritt.

— Jag tror, sade Berg, att man alltför litet värderar lite äldre kvinnor som söker arbete eller försöker. byta anställning. Kvinnan utrangeras tidigare än mannen från arbetslivet, medan statistiken bevisar att hon är segare och har längre medellivslängd. Han drog överhuvudtaget en lans för medelålders och äldre arbetskraft vars erfarenhet, yrkesskicklighet och ansvarsmedvetenhet värderas alltför lågt.

Ekon lic Ingvar S Melin, direktör vid Arbetsgivarnas i Finland Central förbund AFC, informerade om att AFC håller på att utarbeta ett principprogram om kvinnlig arbetskraft som under denna vår ska koordineras med de övriga nordiska ländernas arbetsgivarprogram.

Margareta Dahlgren från Sverige, chef för Svenska Arbetsgivarföreningens utbildningspolitiska sektion, påpekade att arbetsmarknadsorganisationernas klart markerade positiva inställning på sikt kommer att hjälpa att bryta fördomarna. Hon trodde också att det måste finnas fler flickor som är lämpade för teknisk utbildning även på högskolenivå än det lilla antal som nu väljer sådan utbildning.

— Mårtte inte bara kvinnoarbetskraften ”missbrukas” bara för flera slitoch slängprylar, varnade kommunaldirektör Håkan Nordman från Malax, och pekade på de stora ansträngningarna för att få till stånd ökad produktion som kräver alltmera energi och råvaror, Han visade emellertid hur Malax gjort ekonomiska kalkyler över att det är fördel aktigt för en kommun av denna typ att . ordna kommunal barndagvård för att få mera arbetskraft ut i näringslivet.

Lite stacks det hål på myten om den stora kvinnliga arbetskraftsreserven. År 1973 fanns det bara 291 000 arbetsföra kvinnor som arbetade endast i hushållsarbete, en fjärdedel av dem över 55 år. I det fallet är Finland i en helt annan situation än Mellanoch Sydeuropa, där man drar på sig problem med utländsk arbetskraft, samtidigt som det finns en stor outnyttjad reserv framför allt i barnlösa hemmafruar.

Beskattningen = kritiserades = friskt, bland annat av minister C O Homén. — En skatteform löser inte alla problem, sade han.

— Det räcker inte med särbeskattning. Den bör kombineras med allmän skattelindring och avdragbarhet för hemhjälp.