Analyse électronique des céramiques - Applications de microscopie électronique à balayage (MEB)

December 12, 2022

Les matériaux céramiques présentent une série de caractéristiques telles qu'un point de fusion élevé, une dureté élevée, une résistance élevée à l'usure et à l'oxydation, et sont largement utilisés dans divers domaines de l'économie nationale tels que l'industrie électronique, l'industrie automobile, le textile, l'industrie chimique et l'aérospatiale. . Les propriétés physiques des matériaux céramiques dépendent en grande partie de leur microstructure, qui constitue un domaine d’application important du SEM.

Qu'est-ce que la céramique ?

Les matériaux céramiques sont une classe de matériaux inorganiques non métalliques constitués de composés naturels ou synthétiques par formage et frittage à haute température et peuvent être divisés en matériaux céramiques généraux et matériaux céramiques spéciaux.

Les matériaux céramiques spéciaux peuvent être classés selon leur composition chimique : céramiques d'oxydes, céramiques de nitrures, céramiques de carbure, céramiques de borure, céramiques de siliciure, etc. ; selon leurs caractéristiques et leurs applications, ils peuvent être divisés en céramiques structurelles et céramiques fonctionnelles.

Figure 1 Morphologie microscopique des céramiques de nitrure de bore Figure 1 Morphologie microscopique des céramiques de nitrure de bore

SEM aide à étudier les propriétés des matériaux céramiques

Avec le développement continu de la société, de la science et de la technologie, les exigences des gens en matière de matériaux ont augmenté, ce qui nécessite une compréhension plus approfondie des diverses propriétés physiques et chimiques de la céramique. Les propriétés physiques des matériaux céramiques dépendent largement de leur microstructure [1], et les images SEM sont largement utilisées dans les matériaux céramiques et dans d'autres domaines de recherche en raison de leur haute résolution, de leur large plage de grossissement réglable et de leur imagerie stéréoscopique. Le microscope électronique à balayage à émission de champ CIQTEK SEM5000 peut être utilisé pour observer facilement la microstructure des matériaux céramiques et des produits associés, et en outre, le spectromètre d'énergie à rayons X peut être utilisé pour déterminer rapidement la composition élémentaire des matériaux.

Application du SEM à l'étude des céramiques électroniques

Le plus grand marché d'utilisation finale de l'industrie des céramiques spéciales est l'industrie électronique, où le titanate de baryum (BaTiO3) est largement utilisé dans les condensateurs céramiques multicouches (MLCC), les thermistances (PTC) et autres composants électroniques. composants en raison de sa constante diélectrique élevée, de ses excellentes propriétés ferroélectriques et piézoélectriques, ainsi que de ses propriétés de résistance à la tension et d'isolation [2]. Avec le développement rapide de l'industrie de l'information électronique, la demande de titanate de baryum augmente et les composants électroniques deviennent de plus en plus petits et miniaturisés, ce qui impose également des exigences plus élevées en titanate de baryum.

Les chercheurs régulent souvent les propriétés en modifiant la température de frittage, l’atmosphère, le dopage et d’autres processus de préparation. L’essentiel est que les changements dans le processus de préparation entraînent des changements dans la microstructure du matériau et donc dans ses propriétés. Des études ont montré que les propriétés diélectriques ferroélectriques du titanate de baryum sont étroitement liées à la microstructure du matériau, comme la porosité et la taille des grains [3]. La morphologie des particules, l'uniformité de la taille des particules et la taille des grains des poudres céramiques de titanate de baryum peuvent être caractérisées par microscopie électronique à balayage à émission de champ SEM5000, comme le montre la figure 2.

Les résultats de la caractérisation de la microstructure constituent des guides importants pour la sélection des méthodes de frittage ainsi que des paramètres du processus. De plus, l’étude de la microstructure des matériaux par SEM permet de comprendre la relation entre microstructure et propriétés.

Figure 2 Morphologie microscopique de la poudre céramique de titanate de baryum

Le titanate de strontium et de baryum (BaxSr1-xTiO3) est également un matériau céramique électronique important, qui est une solution solide formée de titanate de strontium et de titanate de baryum. Comparé au titanate de baryum, il présente une constante diélectrique plus élevée, une perte diélectrique plus faible, une résistance aux claquages plus élevée et un point de transition de phase réglable avec la composition, et a été largement étudié et utilisé dans les appareils électroniques par un grand nombre de chercheurs. [4] Actuellement, les chercheurs utilisent souvent des méthodes telles que l'ajustement du rapport Sr/Ba et le dopage des éléments pour obtenir des performances améliorées. Cependant, il reste fondamental de moduler les propriétés du matériau en modifiant la microstructure du matériau. La figure 3 montre l'image électronique rétrodiffusée du titanate de baryum et de strontium fritté testée au microscope électronique à balayage à émission de champ SEM5000, qui peut être utilisée pour caractériser l'homogénéité de la composition du matériau à faible grossissement, tandis que l'image électronique rétrodiffusée à fort grossissement présente également une certaine doublure morphologique.

Figure 3 Morphologie microscopique des produits frittés à base de titanate de baryum et de strontium

Les matériaux céramiques, les matériaux métalliques et les matériaux polymères sont les trois matériaux les plus utilisés dans la société actuelle. Avec le développement continu de la science et de la technologie et de l’économie sociale, l’avenir imposera des exigences plus exigeantes en matière de performances des matériaux céramiques. L'utilisation du SEM pour caractériser la microstructure des matériaux céramiques contribuera à améliorer la technologie de préparation des matériaux céramiques vers des performances plus élevées.

Microscope électronique à balayage à émission de champ CIQTEK SEM5000

SEM5000 est un microscope électronique à balayage à émission de champ haute résolution et riche en fonctionnalités, avec une conception de barillet avancée, une décélération dans le baril et une conception d'objectif magnétique sans fuite à faible aberration, pour obtenir une imagerie haute résolution basse tension, qui peut être appliquée aux échantillons magnétiques. SEM5000 dispose d'une navigation optique, de fonctions automatiques parfaites, d'une interaction homme-machine bien conçue, d'un fonctionnement et d'un processus d'utilisation optimisés. Que l'opérateur possède ou non une vaste expérience, vous pouvez rapidement vous lancer dans la tâche de photographie haute résolution.

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