CN119115731A - 一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具及磨样方法 - Google Patents

一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具及磨样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具及磨样方法，该磨样工具包括研磨螺杆、套筒、研磨盘；磨样方法包括以下步骤：样品切割、测量待测量样品的粗厚度、研磨待测量样品的双面、测量待测量样品的精厚度。相较于现有技术，本发明通过研磨螺杆与集成厚度测量的套筒配合，实现透射样品厚度的高精度控制，有效解决现有磨样设备的不足，提高透射电镜样品制备的效率与质量，从而促进透射电镜技术的高效发展。

Description

一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具及磨样方法
技术领域
本发明涉及透射电镜样品制备技术领域，具体涉及一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具及磨样方法。
背景技术
透射电子显微技术(Transmission Electron Microscopy,TEM)是一种精密的显微分析工具，它通过电子束穿透样品来捕捉图像，具备达到原子级别的空间分辨率。这种技术使得使用者能够观察材料的微观世界，包括材料内部结构、微观缺陷、以及界面特征等细节，为材料科学领域提供了一种强有力的分析手段。
TEM样品的厚度是一个关键参数。电子的探测器位于样品的下方，探测器想要得到足够的信号进行良好的成像效果，样品必须足够薄。通常情况下，TEM样品的厚度应在50到200纳米之间，这取决于所使用的加速电压和材料的密度。此外，样品制备过程中尽量避免引入机械损伤或热损伤，这些损伤会改变材料的显微组织和性能，进而影响分析的结果。
目前，制备块体材料透射电镜样品的方法有三种，包括聚焦离子束加工、离子减薄和电解双喷。其中，聚焦离子束加工需要购买昂贵的聚焦离子束-电子束双束电镜，单个样品制备时间在3～5小时，且使用耗材昂贵，单个样品制备成本在3000元左右；然而离子减薄和电解双喷成本较低，因此在块体材料的透射电镜样品制备中更为常见。离子减薄和电解双喷的前置步骤中，样品需要被预磨至80微米甚至更薄(50微米以内)。现今的高精度手工磨样设备造价昂贵，且维护成本高昂，而成本较低的手工磨样设备为简单的套筒结构，不能进行精确的厚度测量，且研磨效率低下，使得样品的成功率较低。针对以上问题，亟待获得一种低成本、高精度的手工磨样品制备装置。
发明内容
发明目的：为解决上述问题，本发明提供了一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具及磨样方法，通过研磨螺杆与集成厚度测量的套筒配合，实现了透射样品厚度的高精度控制，有效解决了现有磨样设备的不足，提高了透射电镜样品制备的效率与质量。
技术方案：为实现上述目的，本发明所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具包括设有指示刻度的研磨螺杆、设于研磨螺杆下方的套筒、设于套筒下方的研磨盘；所述套筒内部设有与研磨螺杆配合的螺纹，还设有容纳研磨盘的空间，且套筒上表面设有一圈精测量刻度及纵向的粗测量刻度；当研磨螺杆向下旋转至螺帽下表面与粗测量刻度的0刻度线对齐时，指示刻度指向精测量刻度的0刻度线。
进一步的，所述指示刻度设于研磨螺杆的螺帽上。
进一步的，所述研磨盘为防腐蚀材料。
进一步的，所述研磨螺杆转一圈的进程为500微米，粗测量刻度为5微米每刻度，精测量刻度为500微米每刻度。
本发明所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法，包括以下步骤：
S1.将样品切割为厚度小于3毫米，直径小于6毫米的圆柱形待测量样品或者厚度小于3毫米，对角线小于6毫米的长方体待测量样品；
S2.将研磨盘加热至90℃后与待测量样品固定连接，冷却后将研磨盘从底部插入套筒中，同时将研磨螺杆旋入套筒中，直至研磨盘被推动，此时通过粗测量刻度读出待测量样品的粗厚度；
S3.按照“8”字形轨迹使用不同目数的砂纸对待测量样品的一面进行研磨；
S4.研磨完成待测量样品的一面后，将待测量样品翻面，重复S2，通过指示刻度读取待测量样品的精厚度，重复S3，获得双面光滑的待测量样品。
进一步的，S1中，所述切割样品是采用线切割。
进一步的，S1中，所述样品为金属或陶瓷材料。
进一步的，S3中，所述不同目数的砂纸包括1500目、2000目及5000目，依次使用从低到高的目数砂纸对待测量样品进行研磨。
进一步的，S4中，所述精厚度的误差为0～10微米，
进一步的，S4中，所述双面光滑的待测量样品厚度为50～80微米。
有益效果：本发明较于现有技术，具有如下显著效果：通过研磨螺杆与集成厚度测量的套筒配合，旋转带有指示刻度的研磨螺杆，并观察套筒上刻度盘的读数，调节研磨盘下端样品；依靠整个研磨系统的重量将样品与研磨介质压紧，依次研磨去除多余部分，并在使用过程成调节研磨螺杆将最终厚度控制在需要的厚度。
附图说明
图1为本发明所述磨样工具结构的三维示意图。
图2为本发明所述校准状态的结构示意图。
图3为本发明所述磨样工具结构的俯视图。
具体实施方式
本发明公开了一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具及磨样方法。请参阅图1所示，下面对本发明提供的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具作进一步详细说明：可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具包括设有指示刻度6的研磨螺杆1、设于研磨螺杆1下方的套筒2、设于套筒2下方的研磨盘3。其中，套筒2内部设有与研磨螺杆1配合的螺纹，还设有容纳研磨盘3的空间，且套筒2上表面设有一圈精测量刻度4及纵向的粗测量刻度5。研磨螺杆1转一圈的进程为500微米，粗测量刻度5为5微米每刻度，精测量刻度4为500微米每刻度。当研磨螺杆1向下旋转至螺帽下表面与粗测量刻度5的0刻度线对齐时，指示刻度6指向精测量刻度4的0刻度线，此时为校准状态。研磨盘3为特制的防腐蚀研磨盘，用于装载切割好的样品，防腐蚀研磨盘与套筒紧密配合，保障样品在制备过程中的稳定性。指示刻度6设于研磨螺杆1的螺帽上，且研磨平台由高强度材料制成，能够在长期使用中保持稳定性，减少因磨损而导致的精度下降；厚度测量系统由精密控制研磨螺杆和集成厚度测量的套筒，实时监测并调整样品厚度，确保研磨过程的精确控制；厚度测量系统使用不锈钢材料制造，这种材料以其卓越的耐腐蚀性、强度和耐高温性能而著称，确保在使用过程中的性能不受影响，保持成本效益和耐用性。
下面对本发明提供的利用可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法作进一步详细说明：可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法包括以下步骤：
第一步：将样品切割为厚度小于3毫米，直径小于6毫米的圆柱形待测量样品或者厚度小于3毫米，对角线小于6毫米的长方体待测量样品。其中，切割样品是采用线切割，样品为金属或陶瓷材料。
第二步：将研磨盘3加热至90℃后与待测量样品固定连接，冷却后将研磨盘3从底部插入套筒2中，同时将研磨螺杆1旋入套筒2中，直至研磨盘3被推动，此时通过粗测量刻度5读出待测量样品的粗厚度。
第三步：按照“8”字形轨迹使用不同目数的砂纸对待测量样品的一面进行研磨。其中，不同目数的砂纸包括1500目、2000目及5000目，依次使用从低到高的目数砂纸对待测量样品进行研磨，在研磨过程中使用专用研磨液，减少设备的腐蚀，延长工具的使用寿命。
第四步：研磨完成待测量样品的一面后，将待测量样品翻面，重复第二步，通过指示刻度6读取待测量样品的精厚度，重复第三步，获得双面光滑的待测量样品。其中，精厚度的误差为0～10微米，双面光滑的待测量样品厚度为50～80微米。
本发明采用模块化设计及简化操作步骤使得研磨过程更加直观、高效，减少了人为误差，提高了样品制备的质量及成功率；通过研磨螺杆与集成厚度测量的套筒配合，旋转带有指示刻度的研磨螺杆，并观察套筒上刻度盘的读数，调节研磨盘下端样品；依靠整个研磨系统的重量将样品与研磨介质压紧，依次研磨去除多余部分，并在使用过程成调节研磨螺杆将最终厚度控制在需要的厚度，实现了透射样品厚度的高精度控制，符合透射电镜高分辨率观察的需求，有效解决了现有磨样设备的不足，提高了透射电镜样品制备的效率与质量，从而促进了透射电镜技术的高效发展，满足了更多科研和工业的需求。

Claims (10)

1.一种可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具，其特征在于，包括设有指示刻度(6)的研磨螺杆(1)、设于研磨螺杆(1)下方的套筒(2)、设于套筒(2)下方的研磨盘(3)；所述套筒(2)内部设有与研磨螺杆(1)配合的螺纹，还设有容纳研磨盘(3)的空间，且套筒(2)上表面设有一圈精测量刻度(4)及纵向的粗测量刻度(5)；当研磨螺杆(1)向下旋转至螺帽下表面与粗测量刻度(5)的0刻度线对齐时，指示刻度(6)指向精测量刻度(4)的0刻度线。
2.根据权利要求1所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具，其特征在于，所述指示刻度(6)设于研磨螺杆(1)的螺帽上。
3.根据权利要求1所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具，其特征在于，所述研磨盘(3)为防腐蚀材料。
4.根据权利要求1所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具，其特征在于，所述研磨螺杆(1)转一圈的进程为500微米，粗测量刻度(5)为5微米每刻度，精测量刻度(4)为500微米每刻度。
5.一种使用如权利要求1至4任一项所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将样品切割为厚度小于3毫米，直径小于6毫米的圆柱形待测量样品或者厚度小于3毫米，对角线小于6毫米的长方体待测量样品；
S2.将研磨盘(3)加热至90℃后与待测量样品固定连接，冷却后将研磨盘(3)从底部插入套筒(2)中，同时将研磨螺杆(1)旋入套筒(2)中，直至研磨盘(3)被推动，此时通过粗测量刻度(5)读出待测量样品的粗厚度；
S3.按照“8”字形轨迹使用不同目数的砂纸对待测量样品的一面进行研磨；
S4.研磨完成待测量样品的一面后，将待测量样品翻面，重复S2，通过指示刻度(6)读取待测量样品的精厚度，重复S3，获得双面光滑的待测量样品。
6.根据权利要求5所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法，其特征在于，S1中，所述切割样品是采用线切割。
7.根据权利要求5所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法，其特征在于，S1中，所述样品为金属或陶瓷材料。
8.根据权利要求5所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法，其特征在于，S3中，所述不同目数的砂纸包括1500目、2000目及5000目，依次使用从低到高的目数砂纸对待测量样品进行研磨。
9.根据权利要求5所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法，其特征在于，S4中，所述精厚度的误差为0～10微米。
10.根据权利要求5所述的可监视离子减薄样品厚度的手工磨样工具的磨样方法，其特征在于，S4中，所述双面光滑的待测量样品厚度为50～80微米。
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