Тема: МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ

Филиал Федерального автономного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Заочный факультет

Кафедра ядерной физики

 

Лабораторная работа №1

Тема: МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ

 

 

Выполнил: 

студент группы ЭиА-С16-з

Баскин И.А.

Проверил:

 

                                            

                                               

                                                    Обнинск 2019

            

1. Цель работы

 

 

Ознакомление с методами металлографического анализа материалов и основными задачами, решаемыми при этом.

 

2. Используемые методы

 

2.1 Полуколичественный метод визуальной оценки величины (балла) зерна. Метод состоит в том, что рассматриваемая структура (при увеличении 100) приближенно оценивается по стандартным шкалам, в которых есть набор стандартных микрофотографий структур с различным размером (баллом) зерен.

2.2 Метод секущих. При этом используют окуляр, снабженный шкалой, и увеличение, при котором в поле зрения попадает несколько десятков зерен. Выбирают в поле зрения часть шкалы, которая пересекает не менее 10 зерен, и подсчитывают число точек пересечения прямой (шкалы) с границами зерен. Зерна на концах прямой, не пересеченные ею целиком, принимают за 1 зерно. Подсчет количества точек пересечений зерен проводят на двух взаимно перпендикулярных прямых в каждом поле зрения. Измерения проводятся не менее, чем в пяти полях, причем допускаемые расхождения результатов при подсчете точек пересечений не должны быть более 50%.

2.3 Метод избирательного (селективного) травления. Метод избирательного травления поверхности монокристаллов основан на неодинаковой химической активности различных ее участков, обусловленной, главным образом, наличием дислокаций. Это различие возникает в результате двух фундаментальных свойств дислокаций: наличия полей упругих напряжений решетки кристалла вблизи дислокации и образования примесных атмосфер на линии дислокации, которые изменяют химический состав материала вблизи дислокации. Это положение в одинаковой степени справедливо как для чистых металлов, так и для полупроводников.

 

3. схематические рисунки исследованных шлифов

 

Структура кремния

“Дислокационные” ямки травления на плоскости зонно-очищенного монокристалла кремния

 

Малоугловые границы на плоскости зонно-очищенного монокристалла кремния.

 

4. экспериментальные данные и необходимые вычисления

 

Определение величины зерна

4.1 Полуколичественный метод визуальной оценки величины (балла) зерна:

При однофазной структуре связь между условным номером (баллом)  и       числом зерен (п) в 1 мм определяется формулой

 а средний размер зерна (d) формулой       

d = 1 /  , мм.

4.2 Метод секущих:

Разделив суммарную длину всех линий L на число пересечений k и умножив результат на цену деления окулярной шкалы E (т.е. учитывая выбранное увеличение), получают средний размер зерна                          d = (L/ k)×E , мм,

где - суммарная длина отрезков (в маленьких делениях шкалы окуляра), k - общее число пересечений (зерен), Е- цена деления в мм.

Цену деления окулярной шкалы (точное увеличение) определяют с помощью объект-микрометра. Для этого помещают объект-микрометр на предметный столик шкалой вниз. Наблюдая в окуляр, добиваются ручками грубой и тонкой настройки фокусировки в одной плоскости изображения шкалы окуляра и объект-микрометра. Поворачивая окуляр вокруг оси добиваются параллельности штрихов обеих шкал. Цена деления окуляра определяется по формуле мм, где - число делений объект-микрометра; - цена деления объект-микрометра в мм; - число делений окулярной шкалы, совпадающих с  делениями объект-микрометра.

4.3 Метод избирательного (селективного) травления:

Плотность дислокаций r^ определяется под микроскопом путем подсчета числа ямок травления nÑ на некотором участке микрошлифа  (площадь поля зрения), т.е.

r^= nÑ / S , мм-2,

где S = p×(r×Е)2, а r- радиус поля зрения (в делениях шкалы). Предварительно с помощью объект-микрометра определяется цена деления окулярной шкалы Е.

Угол разориентировки блоков монокристалла  определяется по формуле 

q = b × r¢^, рад,

где b - вектор Бюргерса дислокации, r¢^- плотность дислокаций в границе, которую определяют, измерив число ямок травления n¢Ñ на определенной длине границы l, в маленьких делениях шкалы окуляра                                   r¢^ = n¢Ñ /(l×E), мм-1 .

Для монокристалла кремния, используемого в работе,

                                                                                 где a- период решетки кремния, равный 5,4307 Å .

 

 

5. Анализ полученных результатов.