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離子研磨儀和掃描電鏡在失效分析研究中的應用

瀏覽次數:717 發布日期:2023-12-5  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

離子研磨儀和掃描電鏡-失效分析研究的好搭檔

失效分析是經驗和科學的結合,失效分析就如醫生,工藝設計之初,要有預防對策;產品生產后,進行體檢,找出其中的隱患,給出預防辦法去防止;失效發生后通過各種手段查找原因。就像醫生,要驗血,照 X 光,做 B 超等,根據檢驗的數據進行分析是什么癥狀并對癥下藥,給出補救辦法。


但是從根本上避免產品失效,失效分析應該參與到產品的各個設計環節中。對失效產品的研究,通常借助掃描電鏡來觀察失效產品的表面及斷面情況,選擇合適的制樣設備,來進行表面拋光或者斷面切割,對于在掃描電鏡下觀察失效位置的實際情況至關重要,離子研磨儀就是這理想之選。

以鋰電池的失效分析為例,電池在循環過程中,離子的脫嵌與嵌入會引起一次顆粒的體積變化,會影響內部的間隙。一次顆粒之間間隙會影響顆粒之間 Li 離子傳輸,使內阻增加,從而影響電池性能。因此需要觀察顆粒的內部結構,才可以看出顆粒內部是否存在裂紋、孔洞等。

 

鋰電池失效分析
圖1 鋰電池結構示意圖

觀察顆粒的內部結構,就需要將顆粒進行切割,傳統的切磨方法會改變顆粒的斷面結構,無法真實真實顆粒的內部情況。使用離子研磨儀切割的方法,通過使用合適的能量離子槍,利用離子束進行剖面切削或表面拋光處理,可以有效解決以上問題。


圖2 離子研磨原理


將多晶三元材料通過離子研磨儀切割后,可以有效觀察到顆粒內部的真實情況,觀察顆粒內部的晶粒結構和晶相組成。
 

隨著鎳含量的增加,裂紋的產生和擴展現象加劇,高 Ni 含量的正極材料的裂紋延伸到表面,電解液可以沿著裂紋滲入到顆粒的內部,在一次顆粒的表面生成 NiO 相,加速電池電化學性能的惡化。通過離子研磨切割后,結合 SEM 圖可以有效觀察分析正極材料充放電后的狀態,進一步來研究裂紋的發展。

離子研磨儀可廣泛用于各個領域的失效分析,用來進行斷面和內部結構的觀察。

金屬材料· 失效分析
金屬結晶結構異常隱蔽性極強,此隱性憂患缺陷尺度等級,往往達到微米與納米等級,且突發破壞率大,因此具有嚴重的危害性。金屬材質中的雜質、介在物、空洞、腐蝕開裂等都無法在后續加工中去除,反而容易造成更嚴重的破壞。
 

放入飛納掃描電鏡進行觀察 

通過使用掃描電鏡(SEM)+ 能譜(EDS)分析,對晶粒大小,晶粒結構,相位組成,元素組成,夾雜介在物分析,發現失效的鋼管基材明顯存在較多污染物,且焊界結晶明顯沿晶開裂,在正常區存在空洞及金屬介在物,可以判斷出故障發生的主要原因。

PCB / PCBA· 失效分析


偏光膜異物分析


電子元器件 · 失效分析


復合材料 · 失效分析

圖 陶瓷復合材料后加工造成的裂紋


涂層 / 鍍層· 失效分析

高分子材料· 失效分析


圖 塑鋼材料強度不足失效分析
(飛納掃描電鏡全景拼圖:觀察整體分布情況)


圖 中心填料結構

發布者:復納科學儀器(上海)有限公司
聯系電話:400-857-8882
E-mail:cici.yang@phenom-china.com

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