Ionileikkuri (BIB – Broad Ion Beam)

laitekuva

Ionileikkuri on näytteenkäsittelylaite, jolla voidaan muodostaa korkealaatuisia poikkileikkauspintoja kiinteille materiaaleille. Ionisuihkuun perustuva menetelmä ei aiheuta mekaanista jännitystä näytteeseen, minkä vuoksi näytteen rakenne pysyy ehjänä hauraissakin materiaaleissa. Laitteen toinen käyttötarkoitus on ns. pintasyövytysmenetelmä, jonka avulla mekaanisesti hiottu pinta voidaan viimeistellä ionisuihkulla vastaamaan esimerkiksi EBSD mittausten vaatimaa laatutasoa.

Poikkileikkaukset

Menetelmässä käytetään hyväksi Argon-ionisuihkua, jonka avulla materiaalia voidaan poistaa näytteestä atomitasolla törmäyttämällä ionit vauhdikkaasti näytteen pintaan, minkä vaikutuksesta näytteestä irtoaa atomeja (sputterointi). Titaaninen maskilevy ohjaa suihkua ja suojaa samalla näytettä. Näytteen maksimidimensiot ovat 10 mm x 10 mm x 4 mm (pituus/leveys/paksuus) ja itse poikkileikkausalueen eli ionisuihkun leveys on noin 1 mm.

  • Erittäin korkealaatuinen poikkileikkauspinta
  • Säilyttää näytemateriaalin sisäisen rakenteen (onkalot, huokoset, reiät ym.)
  • Sopii erinomaisesti materiaaleille, joita on hankala hioa/kiillottaa mekaanisesti
  • Soveltuu hyvin ohuiden kerrosrakenteiden kuvantamiseen -> rajapinnat erottuvat eikä kerrokset levity toistensa päälle
  • Soveltuu yksityiskohtien tutkimiseen

Ionisuihku kaavio
Poikkileikkaukset kaavio
Poikkileikkaukset kaavio2

Soveltuvat näytemateriaalit

  • Paperi, pahvi, puu jne.
  • Metallit
  • Elektroniikka
  • Keraamit
  • Muovit ja polymeerit
  • Jauheet ja partikkelimaiset näytteet
  • Komposiitit ja seokset
  • Erilaiset pinnoitteet ja kerrosrakenteet
  • Huokoiset materiaalit
  • Kovat materiaalit (timantti, karbidit jne.)

Pintasyövytys

Pyörivän näytealusta sekä kahden ionitykin voimin näytteen pinnasta hioutuu sputteroinnin voimin lähes virheetön pinta vaativia pintaherkkiä mittauksia varten. Pintasyövytykseen käytetään raskaita Xenon-ioneja, jotka eivät tunkeudu materiaaliin yhtä helposti kuin argon-ionit. Ionipommitus tapahtuu hyvin pienellä tulokulmalla (n. 1° - 10°), minkä tarkoituksena on irrottaa vain aivan pintakerroksen atomeja. Tällä tavalla amorfista pintakerrosta saadaan ikään kuin kuorittua pois.

Soveltuvat näytemateriaalit:

Metallit
Elektroniikka

Hyödyt ja sovelluskohteet:

  • Vähentää pintakerrosten amorfisuutta
  • Helpottaa kiderakenteiden tutkimista
  • Soveltuu erityistä pintaherkkyyttä vaativille menetelmille (E8SD)
  • Näytteen ohentaminen

Pinta

Kartonkipinnoitteen poikkileike

Esimerkissä on poikkileikattu kartonkinäyte, minkä pinnoitekerros on haljennut taivutuskokeessa. Ionisuihkulla poikkileikattu näyte paljastaa tarkasti yksityiskohtia paperipinnoitteen rakenteesta sekä halkeamakohdasta. Näytteen todellinen rakenne pysyy ehjänä, koska näytettä ei tarvitse valaa epoksiin eikä mekaanista rasitusta käytetä.

Ylemmässä kuvassa valokuva taivutuskohdalta ja alemmassa SEM-kuva pinnoitteen halkeamakohdasta. Pinnoitteesta voidaan helposti erottaa useampi kerros.

Kartonkipinnoitteen poikkileike 1

Kartonkipinnoitteen poikkileike 2

Kovametallinäytteen preparointi EBSD-mittauksiin

EBSD eli Electron BackScatter Diffraction on erinomainen ja tehokas menetelmä metallinäytteiden analysointiin, mutta se vaatii erityisen hyvin preparoidun näytteen. Koska menetelmä on hyvin pintaherkkä, on näytteen pinta käsiteltävä huolellisesti. Tähän ei välttämättä riitä perinteiset mekaaniset menetelmät, vaan hyvien tulosten saamiseksi pinta on viimeisteltävä pintasyövyttämällä. Ionipommituksen avulla mekaanisen rasituksen jättämät pintaviat poistetaan.

Kuvissa on esimerkki ennen (yläkuva) ja jälkeen (alakuva) pintasyövytystä. Kuvat on valomikroskoopilla otettu wolframikarbidinäytteestä, jota on käsitelty mekaanisesti 3 mikronin timanttihionnan sekä kolloidisen silika -hionnan avulla ennen pintasyövytystä.

ennen

jälkeen