三離子束切割技術在金剛石/鋁複合材料界麵分析中的應用

非均相材料中的微結構一直是分析測試中的難點，傳(chuan) 統的機械拋光方法往往無法獲得光滑的表麵，而一種新型離子束切割技術是一種解決(jue) 該問題的有效方法。本文介紹了一種應用於(yu) 金剛石/鋁複合材料金相製樣的新型三離子束（TIB）切割技術。

隨著各種新型電子儀(yi) 器、設備層出不窮，市場迫切需要開發能夠有效應對熱膨脹、高效實現電子組件散熱，以確保器件性能處於(yu) 最佳狀態的新型材料。近期，一種金剛石強化的鋁基（金剛石/鋁）複合材料問世，其具有出色的導熱性能。然而，受非均質材料的本質的影響，分析其微結構難度較大。為(wei) 此，市場迫切需要針對這種非均質材料開發一種新的製備方法。本文介紹了一種應用於(yu) 金剛石/鋁複合材料金相製樣的新型三離子束（TIB）切割技術。

三離子束的優(you) 勢

樣品使用鋁粉作為(wei) 基質材料，使用不同尺寸大小的合成金剛石顆粒（30和200 nm）獲得兩(liang) 組金剛石/鋁複合材料。為(wei) 凸顯TIB切割的效率，預先使用配有金剛石顆粒研磨片的三角拋光器，對樣品進行機械拋光。該TIB技術使用徠卡EM TIC 3X TIB斜麵擋板，以製備高質量的樣品表麵。徠卡EMTIC 3X使用三離子束而非單離子束，他們(men) 在擋板邊沿中心交叉形成成一個(ge) 100°的研磨區域（圖1）。在樣品加工過程中，樣品位置保持不同，因此與(yu) 其他需要擺動樣品的方法相比，本方法中樣品和樣品台之間的熱量傳(chuan) 遞效果更好。同時，使用安裝的雙目顯微鏡，可實時觀察並調整離子束加工時間，直到獲得金剛石/鋁平整的表麵。

三離子束技術製備光滑表麵

金剛石和鋁顯著的硬度差異，導致即便重複地進行機械拋光，最終樣品表麵仍會(hui) 存在5-15納米的粗糙度。機械拋光的主要缺點是會(hui) 形成不平整的表麵，這取決(jue) 於(yu) 材料本身的特性，以及使用聚合物拋光片造成的表麵汙染。製備所得的不平整表麵會(hui) 導致EDX錯誤的分析結論，同時在FIB製備中也很難選擇到理想的加工位置。因此，這種質量的樣品表麵不適合進行金相研究。相比之下，TIB製備的樣本表麵非常光滑，在鋁基質上甚至能觀察到晶粒襯度差異（圖2）。

離子研磨結果幾乎無偽(wei) 影

最初，我們(men) 猜想本研究中使用的TIB方法會(hui) 在離子研磨期間產(chan) 生偽(wei) 影。但實驗結果證明，由於(yu) 離子束平行於(yu) 樣品表麵，金剛石和鋁可以能夠均等地被研磨，因此所製備平整的拋光表麵幾乎沒有任何偽(wei) 影。

SEM/EDX分析顯示：30納米的金剛石/鋁樣本中的界麵顆粒富含鋁、氧和碳，界麵相鄰的鋁基質上的氧和碳含量幾乎可忽略不計。該結果對複合材料的全局熱屬性有顯著影響。由於(yu) 本案例中沒有使用氧化鋁，因此氧化鋁顆粒可能主要來自原始鋁粉顆粒中所含的氧化鋁層。

結論

TIB技術可為(wei) 界麵表征製備出近乎wan mei的無偽(wei) 影表麵。已製備表麵顯著降低了SEM成像和光譜學中的不確定性，以便能夠明確表征出30和200金剛石/鋁複合材料中各自的亞(ya) 微米氧化鋁顆粒和幹淨平整的表麵。所獲得的表麵也非常適合進一步使用FIB加工，以進行TEM表征。