ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ТЕПЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ из "Практика тепловой микроскопии " Методы тепловой микроскопии, например, высокотемпературная вакуумная металлография [ 1 ], позволяющая установить связь между свойствами зерен, их границ и поликристаллического агрегата в целом, первоначально основывались на эффекте термического травления , а также на всех явлениях, связанных с объемными изменениями, приводящими к соответствующему изменению геометрического профиля поверхности исследуемого образца. К таким явлениям относятся диффузия и фазовые превращения и любые другие процессы расслоения структуры при нагреве ИЛИ охлаждении фаз с различными коэффициентами термического расширения. [c.5] При дальнейшем развитии методов и средств высокотемпературной металлографии было показано, что поскольку интегральные свойства реальных поликристаллов определяются свойствами отдельных зерен и их границ, между которыми существуют отклонения, то неравномерность протекания деформационных процессов в различных элементах структуры также приводит к изменению рельефности поверхности образца. Благодаря этому создается контраст изображения в световом микроскопе и появляется источник информации об особенностях поведения поликристаллического агрегата в условиях теплового воздействия и механического нагружения [2]. [c.5] Таким образом, результативность и достоверность методов тепловой микроскопии и, в частности, высокотемпературной металлографии, в значительной мере определяется факторами, оказывающими влияние на формирование геометрического профиля поверхности исследуемого образца во-первых, средой и условиями испытания, обусловливающими ту или иную степень полноты отображения процессов, характерных не только для поверхностных слоев, но и для внутренних объемов исследуемых материалов и, во-вторых, исходной рельефностью микрошлифа, зависящей от способа его приготовления и выявления структуры образца. [c.5] Основной особенностью существующих технических средств тепловой микроскопии является их доступность, заключающаяся в простоте принципов низко- и высокотемпературного металлографических анализов и несложности конструктивного выполнения специализированных установок для осуществления этих методов. [c.6] Современные достижения в области физических исследований металлов свидетельствуют о перспективности использования не только световой, но и электронной тепловой микроскопии, когда контраст изображения обусловлен не геометрическим профилем поверхности образца, а определенными характеристиками исследуемого материала, например, работой выхода электрона при термоэлектронной или фотоэмиссии кроме того, в качестве такой характеристики может быть использован коэффициент вторичной электронной эмиссии при бомбардировке первичными электронами. Эти характеристики существенно зависят от состава, фазового состояния, ориентации и температуры изучаемого объекта, поэтому, например, эмиссионная высокотемпературная микроскопия вследствие более высокой разрешающей способности обеспечивает получение большего объема информации по сравнению со световой тепловой микроскопией. При микроструктурном изучении процессов деформирования и разрушения принципиально новые результаты могут быть получены при использовании эффекта экзоэлектронной эмиссии, позволяющего количественно характеризовать определенное энергетическое состояние локальных участков исследуемого образца, что является весьма ценным дополнением к наблюдаемым в металлографический микроскоп качественным структурным изменениям, связанным с накоплением дефектов в поверхностных слоях материала. [c.6] Проблема создания и использования композиционных материалов, требующая детальных исследований деформационного и диффузионного взаимодействия составляющих, приводит к необходимости сочетания известных принципов тепловой микроскопии, например, растровой электронной микроскопии это может быть реализовано в виде приставок к сканирующему электронному микроскопу, позволяющих осуществлять одновременное тепловое воздействие (нагрев или охлаждение) и механическое нагружение образца. [c.7] На основе расчета информационной мощности и коэффициента ее использования можно выявить резервы применяемой аппаратуры, под которым понимают как неиспользованные пути увеличения Мииф, так и перспективные возможности ее прироста. [c.7] Появление резервов в значительной мере обусловлено развитием и созданием измерительной регистрирующей и вычислительной техники, повышением уровня технических характеристик комплектующих изделий и осуществлением на этой основе автоматизации эксперимента. [c.7] Проведение исследований методами низко- и высокотемпературной металлографии, как правило, связано со значительными напряжениями зрения экспериментатора. Естественно, что быстрое утомление экспериментатора может быть одним из факторов. [c.7] В общем случае источники погрешностей в системе образец — экспериментатор представлены на схеме (рис.1), где отражено получение информации по трем основным каналам I —информация о структуре образца, II — информация о его физических характеристиках и III — информация об уровне механических свойств. [c.8] Как видно из приведенной схемы, ошибки при проведении опытов обусловлены а) природой исследуемого материала и особенностями изготовленного из него образца б) конструкцией и работой установки и в) работой экспериментатора. [c.8] При внедрении новых измерительных, регистрирующих и регулирующих автоматизированных систем могут быть устранены погрешности, связанные с неравномерностью нагрева образца, с несовершенством системы нагружения и т. п. [c.9] При изыскании новых путей автоматизации средств тепловой микроскопии необходимо учитывать вопросы стандартизации и унификации аппаратуры, а также максимального сопряжения установок с математическими средствами обработки результатов эксперимента. Схема принципиально возможной, полностью автоматизированной системы проведения исследований на установках для тепловой микроскопии представлена на рис. 2. Как видно из рассмотрения данной схемы, автоматизация обработки информации, получаемой по всем трем основным каналам, должна предусматривать наличие специального блока обработки экспериментальных данных /, включающего в себя малогабаритную электронную вычислительную машину и систему ввода данных, полученных с помощью блока аппаратурного анализа микроструктуры //, блока регистрации изменений физических характеристик ///и блока регистрирующих механических свойств IV, а также дополнительные устройства для печатания (телетайп) V и графической выдачи результатов VI. [c.10] Последовательное осуществление опытно-конструкторских работ в области автоматизации средств тепловой микроскопии несомненно будет способствовать повышению эффективности научных исследований, выполняемых методами низко- и высокотемпературной металлографии. [c.10] Автоматизация металлографических исследований, являющаяся новым этапом в изучении металлов и сплавов, позволяет значительно повысить производительность и точность исследований, а также фиксировать кинетику процессов, происходящих в материале при различных условиях испытания. При этом возникает возможность обработки большего числа статистических данных. [c.11] В Лаборатории высокотемпературной металлографии Института машиноведения разработана методика применения телевизионных анализаторов изображения типа Quantimet и РМС для исследования особенностей пластической деформации и разрушения биметаллических материалов. Использование этой методики позволило с большой точностью производить подсчет числа полос скольжения, возникающих на поверхности образцов при их нагружении, измерять длину возникшей усталостной трещины и площадь пластической деформации, развивающейся в ее вершине, а также исследовать процессы диффузии элементов через границу раздела слоев биметалла и производить измерение отпечатков ин-дентора при исследовании микротвердости [1]. Все указанные измерения проводились на образцах после их извлечения из рабочих камер испытательных установок. [c.11] Наиболее широкие перспективы применения разработанной методики открываются при использовании телевизионных анализаторов изображения в сочетании с высокотемпературными установками, позволяющими визуально наблюдать за поверхностью образцов в процессе их испытания. С этой целью в Лаборатории высокотемпературной металлографии в содружестве с Проблемной лабораторией металловедения Уральского политехнического института разработан телевизионный анализатор изображения, который может быть использован совместно с любыми металлографическими микроскопами, снабженными фотонасадкой типа МФН-12. В этом приборе световое поле анализируемого объекта преобразуется видиконом в последовательность электрических импульсов, амплитуда которых пропорциональна оптической плотности, а длительность — протяженности частицы, считываемой электронным лучом. Усиленные камерой видеоимпульсы совместно с сигналами частоты строк и полей подаются на дискриминатор, представляющий собой регулируемый фиксатор уровня видеосигнала. Путем регулирования уровня фиксации можно выделить из общей металлографической картины ту часть изображения, которая должна подвергаться анализу. Степень дискриминации воспроизводится видеоконтрольным устройством (монитором). [c.11] Выделенный дискриминатором сигиая в дальнейшем постуНаеТ в счетно-решающее устройство, позволяющее производить измерение площади, занимаемой анализируемыми элементами структуры образца, распределение по размерам и определение общего числа частиц, находящихся в поле зрения микроскопа. [c.12] В разработанном устройстве анализу подвергается все поле зрения или любая его часть, что также фиксируется видеоконтрольным устройством в виде рамки сканирования. [c.12] На рис. 1 представлена фотография, полученная с экрана монитора, на ней светлыми линиями выделена рамка сканирования. [c.12] Вернуться к основной статье