Preparatyka w metalografii elektronowej

16 * M e c h a n ik a 5 1958

F ry d e ry k S ta u b , J e rzy T y m o w sk i

K a te d r a M e ta lo z n a w s tw a

Preparatyka w metalografii elektronowej

W p r a c y o m ó w io n o s z e re g w sp ó łc z e s n y c h m e to d p r e p a r a ty k i , sto s o w a n y c h w b a ­ d a n ia c h m e ta lo g r a fic z n y c h p rz e p r o w a d z a n y c h p rz y u ż y c iu m ik ro s k o p u e le k tro n o w e g o . P o d a n o w k r ó t k im u ję c iu sp o s o b y p rz y g o to w y w a n ia p r e p a r a tó w ze z g ła d ó w m e ­ ta lo g ra f ic z n y c h , p rz e ło m ó w , ja k ró w n ie ż w y k o n y w a n ie p r e p a r a tó w n a d a ją c y c h się do b e z p o ś re d n ie j o b s e r w a c ji w m ik ro s k o p ie e le k tro n o w y m . Z a m ie sz c z o n o ró w n ie ż w y n ik i w ła s n y c h b a d a ń .

Postępy, jakie poczyniła m ikroskopia elektrono'w a od czasu, gdy w r.

1939 pojaw ił się pierw szy se ry jn ie budow any m ikroskop firm y Siem ens, zbliżają ją już dzisiaj pod w ielom a w zględam i do teoretyczny ch granic możliwości. Chodzi tu przede w szystkim o zdolność rozdzielczą m ikro ­ skopu, k tó re j g raniczna osiągalna w artość zw iązana ze zjaw iskiem a b e r­

ra c ji sferycznej w ynosi około 4 A. P rodukow ane są ju ż dziś m ikroskopy do b ad ań w prom ien iach przepuszczanych, osiągające zdolność rozdziel­

czą około 15 A (M etropolitan V ickers EM6, A kashi JEM 4 i 5, Philips EM100), a w pew n y ch szczególnych w a ru n k a ch o trzym an o ju ż w artość 6 A (Siem ens Elmiskop). Są to więc wielkości rzędu odległości m iędzy- atomoiwych w siatkach krystalograficznych.

Pom im o to jed n a k w p rak ty ce bad ań m etalograficznych możliwości, jakim i dy sponują m ikroskopy now oczesnej k o n struk cji, nie są praw ie nigdy w ykorzystyw ane. P rzew ażająca część badań o p a rta jest n a o b ser­

w acjach przy^pow iększeniach 10 000 -1- 20 000 X . Jeżeli p rzyjąć n aw et tę o statn ią w artość i zdolność rozdzielczą oka ludzkiego (przy norm alnej od­

ległości w idzenia 250 mm) rów ną ~ 0,2 mm, to w ystarczającą w artością zdolności rozdzielczej m ikroskopu okaże się 100 A.

P rzy czyną takiego sta n u rzeczy jest z jednej stro n y często sp otykana tru d n o ść in te rp re ta c ji zdjęć elektronow ych, zm ierzająca do stosow ania m niejszych pow iększeń dla łatw iejszego naw iązania do obrazo'w znanych

z m ikroskopu optycznego. Poza ty m sam cel przeprow adzanych badań nie zawsze w ym aga m aksym alnych osiągalnych powiększeń.

Z dru giej jed n a k stro n y zasadniczym czynnikiem ograniczającym mo­

żliwości w ykorzystania zdolności rozdzielczej m ikroskopu są trudności p rep a ra ty k i. M ikroskopy ty p u em isyjnego i do badania w prom ieniach odbitych m im o ciągłego postępu w ich budow ie pozostają jeszcze w tyle za m ikroskopem o prom ieniach przechodzących, osiągając w najlepszym razie zdolność rozdzielczą d = 300 Ä d la m ikroskopu o prom ieniach od­

b ity c h [1] i około 500 A dla m ikroskopu em isyjnego [2]. W dalszym więc ciągu podstaw ow ym narzędziem w m etalografii elektronow ej jest m ikro­

skop p rac u jąc y p rzy prom ieniach przechodzących, w k tó ry m p rzy napięciu przyśpieszającym około 100 kV grubość p re p a ra tu nie może przekraczać 500 -i- 1000 A.

Oznacza to poza pew nym i szczególnymi przypadkam i, o k tó ry ch m owa będzie później, konieczność zadow olenia się pośrednią obserw acją b ad a­

nych m ateriałów , tj. obserw acją odcisków (replik), cienkich błonek, od­

tw arzający ch zarys badany ch pow ierzchni.

M etodzie tej, w prow adzonej przez M ahla w r. 1940 zawdzięcza m e ta ­ loznaw stw o w iele sw oich osiągnięć.

P rzez stopniow e udoskonalanie m etod p re p a ra ty k i było m ożliwe co­

raz dokładniejsze opisy'wanie s tr u k tu r m etali i zachodzących w nich zm ian. I tak gdy w r. 1941 R. F. M ehl zajm ow ał się s tru k tu ra m i o w iel­

kości szczegółów rzędu 300 -r- 500 A, dzisiejsze techniki prep arow an ia pozw alają ju ż w n iek tó rych przy p adk ach n a rozpoznanie szczegółów rzęd u 20 -=- 30 A, jakkolw iek osiągnięcie ty ch w artości nie jest jeszcze b y n ajm n iej łatw e. W k ażdym razie rozpow szechnienie p ro sty ch m etod p re p a ra ty k i i uproszczenie obsługi spraw iło, że m ikroskop elektron ow y p rzestał być narzędziem ty lk o uczonego pracującego w lab o rato riu m n a ­ ukow ym , a sta ł się przy rząd em niezbędnym w laborato riach m etalog ra­

ficznych, n a w e t przem ysłow ych.

Celem niniejszej p rac y nie je st opisanie w szystkich m etod p re p a ra ty k i stosow anych w m etalografii elektronow ej. Ilość ich, a raczej ich odm ian jest tak w ielka, że zadanie tak ie w ym agałoby bardziej obszernej pu bli­

kacji, k tó ra jest planow an a x). Różnorodność ta pochodzi także z fak tu , że każde lab o ra to riu m czerpiąc z w łasnych dośw iadczeń ąsiłu je w y p ra- colwać w łasne m etody pracy, p rzy czym różnice w efektach różnych m o­

dyfikacji tej sam ej m etody nie zawsze pozw alają na p rzyznanie zdecy­

dow anej wyższości jed n ej n a d drugą. Będzie więc tu jedynie chodziło

1 W K a te d rz e M e ta lo z n a w s tw a P ol. Sl. o d b y ł się w lip c u 1956 r. K u rs p r e p a ­ r a t y k i m ik ro s k o p ii e le k tro n o w e j, p ro w a d z o n y p rz e z D ip l.-P h y s . D. S c h u lz e g o z F o r ­ s c h u n g s in s titu t f ü r M e ta llis c h e S p e z ia lw e rk s to ffe w D re ź n ie . W y k ła d y i ć w iczen ia te g o k u r s u z o s ta n ą o p u b lik o w a n e .

0 podanie m etod najczęściej obecnie stosow anych w p racach m etaloznaw ­ czych, m ożliw ie łatw y ch do zrealizow ania i spraw dzonych pod w zględem dokładności odw zorow yw ania badan y ch pow ierzchni.

W dalszym ciągu om ówione zostaną:

1. przygotow anie zgładów m etalograficznych, 2. w ykon yw anie odcisków ze zgładów, 3. w ykon yw anie odcisków z przełom ów , 4. przygotow yw anie in n y ch p reparató w .

1. Przygotow ywanie zgładów m etalograficznych

O ile w stad iach początkow ych przygotow anie próbek do b ad ań za pom ocą m ikroskopu elektronow ego nie odbiega od zw ykłej pro ced u ry w stęp n ej obróbki zgładów, o ty le w m iarę dalszego postępow ania w yko­

n yw an e zabiegi m uszą być znacznie bardziej sta ra n n e i dokładniej kon­

trolow ane. O dnosi się to źwłaszcza do końcow ego polerow ania, tra w ie n ia 1 m ycia próbek.

P olerow anie pow inno w ytw orzyć idealnie gładką pow ierzchnię próbki.

Ogólnie p rzy jęło się tu ta j polerow anie m echaniczne, polerow anie ele k ­ tro lity czn e pom im o w ielu swoich zalet znalazło stosunkow o m niejsze rozpow szechnienie. Z p olerow aniem elek tro lity czn y m wiąże się bowiem zaw sze pew ien e fe k t traw ien ia, k tó re w poró'w naniu do w ym aganego jest zw ykle za głębokie. Z podobnych w zględów podkom isja do sp ra w m ik ro ­ skopii elek tron o w ej A m erykańskiego S tow arzyszenia B adania M ateria­

łów (ASTM) zaleciła w k ierow an y ch przez siebie pracach n ad stru k tu ra m i sta li stosow anie polerow ania m echanicznego w e w szystkich m ożliw ych p rzy p ad kach [4], Oczywiście konieczna je st ja k n a jd a lej po su n ięta dbałość celem usunięcia odkształconej 'w arstew ki pow ierzchniow ej (kilkakrotne k olejne tra w ie n ie i polerow anie). Być może jednak, że w zw iązku z d al­

szym rozw ojem w budow ie przy rządó w sp ra w a ta ulegnie zm ianie. O sta t­

nio firm a C. Z eiss-Jen a zadem onstrow ała now e urządzenie do e le k tro li­

tycznego polerow ania, zezw alające n a k o ntrolę ciągłą polerow ania i t r a ­ w ien ia przez bieżącą o b serw ację m ikroskopow ą. W ty ch w a ru n k a ch polerow anie elek trolity czn e może okazać się bardziej p rzy d atn e niż m e­

chaniczne. In n y m koniecznym 'w arunkiem je s t zachow anie m ożliw ie jak n a jsk ru p u la tn ie jsz e j czystości, a szczególnie bardzo dokładne przem ycie prób ek przed traw ieniem .

T raw ien ie zgładów jest najw ażniejszą czynnością ich przygotow ania.

Chodzi o stw orzenie reliefu pow ierzchni bez pozostaw iania p ro d u k tó w reak cji w jakiejko lw iek postaci ja k rów nież bez w prow adzania n a d m ie r­

nej chropow atości pow ierzchni. Od o statn ieg o p o stu latu zdarzają się

czasem odstępstw a, np. gdy poprzez głębsze traw ien ie m ają być u ja w ­ nione różnice 'w o rie n tac ji kry stalo graficzn ej bloków wchodzących w skład poszczególnych ziarn. Reagow anie odczynnika z m etalem pow inno być selektyw ne ta k ja k p rzy zw ykłych m etodach m ikroskopow ych, tzn. od­

czynnik działając n a pew n e fazy nie pow inien naruszać innych.

T raw ienie dla potrzeb m etalografii elektronow ej pow inno być raczej słabe w porów naniu ze zw ykle stosow anym . P ły tsze traw ienie, jakkolw iek zm niejsza kontrastow ość obrazów p rzy n iek tórych m etodach w yko ny w a­

nia rep lik , u ła tw ia jed n a k ich oddzielanie od pow ierzchni zgładu bez n a d ­ m iern ej deform acji. Poza tym , ja k stw ierdzono [4], przedłużanie czasu tra w ie n ia d aje fałszyw y ob raz drobnych szczegółów s tr u k tu ry zm ieniając ich k sz ta łt i wielkość oraz uniem ożliw iając dokładne pom iary.

T raw ienie może być zarów no chemiczne, jak i elektrochem iczne, cza­

sem stosow ane są inn e m etody jak traw ien ie cieplne — u tlen ian ie w pod­

w yższonych te m p e ra tu ra c h — lub częściowo odparow yw anie w próżni [5]

o raz bom bardow anie jonow e w rozrzedzonych gazach [11].

O dczynniki chem iczne stosow ane najczęściej w badaniach stali zesta­

w iono w tabl. 1. J a k w y k azują w yniki dośw iadczeń [6], przez dodatek sub stan cji pow ierzchniow o ak ty w n y ch m ożna w pew nym zakresie m ody­

fikow ać działanie odczynnikó'w uzyskując lepszą możliwość doboru w łaś­

ciw ego sposobu tra w ie n ia do ko n k retn eg o zadania.

T a b l i c a 1

Odczynniki m ikroskopowe do traw ienia stali w badaniach na mikroskopie elektronowym

Lp. S k ła d o d c z y n n ik a D z ia ła n ie i z a sto so w a n ie

1 R o z tw ó r a lk o h o lo w y k w a s u a z o to ­ w e g o

1% H N 03w 95%

a lk o h o lu e ty lo w y m

U m o ż liw ia w y ra ź n ie js z e o d ró ż n ie n ie f e r ­ r y t u od m a r te n z y tu . R zad ziej s to so w a n y ze w z g lę d u n a tw o rz e n ia n a p o w ie rz c h n i b łc n e k tle n k o w y c h

2 R o z tw ó r a lk o h o lo w y k w a s u p ik r y - n o w eg o

4 g n a 100 cm3 95%

a lk o h o lu e ty lo w e g o

D la s t r u k t u r fe r ry ty c z n o - c e m e n ty to - w y ch . P o z o s ta w ia ró w n ą , g ła d k ą p o ­ w ie rz c h n ię f e r r y tu

3 R o z tw ó r c h lo r k u ż e la z a 1% F e C l3 i 2% HC1 w 95%

a lk o h o lu e ty lo w y m

D la u ja w n ie n ia w e w n ą trz z ia m o w e j s t r u ­ k tu r y f e r r y tu . W y w o łu je d u że k o n tr a s ty p o m ię d z y f e r r y te m a c e m e n ty te m , p o ­ w o d u je je d n a k d u ż ą c h ro p o w a to ś ć p o ­ w ie rz c h n i f e r r y t u

4 1% r o z tw ó r H N 03 j a k w p u n k c ie 1 0,5% c h lo r k u z e fira n u *

D la s t r u k t u r s t a li h a rto w a n y c h , m a r te n - z y t z a u s te n ite m sz c z ą tk o w y m

* F ir m o w a n a z w a ro z tw o r u c h lo rk ó w a lk ilo d w u m e ty lo b e n z y la m o n o w y c h .

P rzem y w an ie, jak iem u poddaw ane są próbki po tra w ie n iu , pow inno usunąć z pow ierzchni resztk i odczynnika, nie pow odując jednocześnie żadnych zm ian korozyjnych. D la stali do p rzem y w ania używ ane są zasad­

niczo odczynniki bezw odne, jak m ieszaniny acetonu i alkoholu (m etylo­

wego lub etylow ego), benzen itp. Suszenie przeprow adza się w stru m ie n iu ciepłego pow ietrza.

D la u n ik n ięcia u tle n ia n ia przechow yw ane zgłady polwinny być chro­

nione p rzez pokrycie pow ierzchni roztw orem np. kolodium w octanie am ylow ym . Rozpuszczalnik, w ysychając pozostaw ia w arstew k ę kolodium , k tó rą łatw o je s t w razie konieczności u sunąć zan u rzając k ilk a k ro tn ie kolejno w gorącej i zim nej wodzie i podw ażając lekko brzeg nożem.

N aw et jeżeli w ykonyw anie odcisków n a stę p u je bezpośrednio po tralwie- n iu próbki, opisane uprzednio nałożenie i zdjęcie ze zgładu błonki p la­

stycznej jest n adal konieczne, zabieg ten usuw a bow iem z pow ierzchni resztk i p ro d u k tó w tra w ie n ia i przyp ad ko w e zanieczyszczenia, któ ry ch obecność je st zawsze szkodliw a dla w yko nyw ania i późniejszej trw ałości odcisków . P rz y b ad an iach s tru k tu ry cienkich d rutów , proszków m etalicz­

ny ch itp . niew ielkich pow ierzchni stosdw ane jest zw ykłe inkludow anie próbek. Od używ anych do tego celu m as plastycznych w ym aga się jedn ak szczególnych w łasności, przede w szy stk im odporności n a działanie w ięk­

szości odczynników organicznych i kw asów używ anych do traw ienia.

2. W ykonyw anie odcisków ze zgładów

Z agadnienie w ybo ru w łaściw ej m eto d y w ykonania odcisku pow ierzchni zgładu w ym aga rozw ażenia k ilk u czynników . Są to:

1. Rodzaj m ate ria łu badanego,

2. Rodzaj s tr u k tu ry i wielkość szczegółów, jakie m ają być obserw o­

w ane,

3. Odcisk jed n o k ro tn y czy też konieczność w ykonania kilk u odcisków z tego sam ego zgładu,

4. Łatw ość in te rp re ta c ji o trzy m an y ch obrazów.

J a k już w spom niano, chodzi o opisanie m etod m ożliwie najprostszych, czasam i jed n a k dodatkow ym czynnikiem może być sp raw a dostępności

^odpowiedniej a p a ra tu ry .

M etodą najszybszą, n ajłatw iejszą do zrealizow ania, a jednocześnie po­

zw alającą n a uzyskanie obrazów m ikroskopow ych najłatw iejszy ch 'w in ­ te rp re ta c ji, jest m etoda b e z p o ś r e d n i c h o d c i s k ó w p l a s t y ­ c z n y c h ( n e g a t y w o w y c h ) . M etoda ta została już opisana w n a ­ szym piśm iennictw ie [7], nie m a więc celu om aw ianie jej szczegółów

(Szkic czynności podano n a rys. 1). B yła ona w prow adzona w r. 1942 przez S h aeffera i H a rk e ra i od tej po ry większości spostrzeżeń w dzie­

dzinie m etaloznaw stw a, szczególnie stopów żelaza dokonano p rzy jej użyciu. W iele zasługi dla znorm alizow ania techn iki w ykonyw ania odci­

sków i przy go tow an ia zgładów położyła przez sw oje p race X I Podkom isja A m erykańskiego Stow arzyszenia B adania M ateriałów (ASTM) [4].

1

2

3 z

R ys. 1. K o le jn o ś ć czy n n o ści p rz y w y k o n y w a n iu je d n o s to p n io w y c h (b ez p o śre d n ic h ) o d cisk ó w p la s ty c z n y c h : 1 — N a n ie s ie n ie ro z tw o r u n a b a d a n ą p o w ie rz c h n ię . 2 — O d ­ p a ro w a n ie ro z p u s z c z a ln ik a i u tw o rz e n ie b lo n k i. 3 — O d d z ie le n ie b ło n k i. W y k re s p rz e d ­

s ta w i a z a c z e rn ie n ie (Z) p ły ty fo to g ra fic z n e j w m ik ro s k o p ie

Ja k o su b stan cje tw orzące błonki stosow ane są przew ażnie n itro celu ­ loza (Collodion, Zaponlack), F o rm w a r 1 (żyw ica poliw inylform alow a) oraz M ow ital 2, rozpuszczane w o ctanie am ylu lu b e ty lu (nitroceluloza) oraz w chloroform ie. Stosow ane stężenia roztw orów w ynoszą od 0,5 do 2%

(przy czym przyjęło się określać 1% = 1 g/100 c m 3 rozpuszczalnika), zależnie od w ym aganej grubości błonki. Cieńsze błonki pozw alają na o trz y ­ m anie lepszej rozdzielczości 3 i lepszego k o n tra stu , w ym agają jedn ak bardziej delikatny ch m etod zdejm ow ania odcisku ze zgładu.

Błonki nitrocelulozow e dają nieco dokładniejsze odtw arzanie szczegó­

łów badanej pow ierzchni, są jed n ak m niej w y trzy m ałe m echanicznie niż F o rm w ar i M owital. T en o sta tn i pozw ala n a uzyskiw anie bardzo k o n tra ­ stow ych obrazów bez żadnych dodatkow ych zabiegów zw iększających k o n tra s t (cieniow anie odcisków).

1 S h a w in ig a n P ro d u c ts C orp. N e w Y o rk C ity.

2 F a r b w e r k e H ö c h st. W u p p e r ta l — B a rm e n .

3 T e rm in „ ro zd zielczo ść” p r z y ję to t u ja k o c h a r a k te r y s ty k ę k o n k re tn e g o z d ję c ia lu b o b ra z u w m ik ro s k o p ie w o d ró ż n ia n iu o d „zd o ln o ści ro z d z ie lc z e j” c h a r a k t e r y ­ z u ją c e j m ik ro sk o p , p rz y o p ty m a ln y c h w a r u n k a c h p ra c y . T e rm in y t e p o s ia d a ją a n a ­ logię w ję z y k a c h o b cy ch : „ r e s o lu tio n ” i „ re s o lv in g p o w e r ” (ang.), „ A u flö s u n g ” i „ A u f­

lö s u n g v e rm ö g e n ” (niem .).

in .'.'.1

u O VV'J Li^

O pisyw any najczęściej „su ch y ” sposób oddzielania odcisków (za pom o­

cą p o k ry te j k lejem taśm y papiero w ej) p o w oduje przew ażnie n ad erw an ia i odkształcenia błonek. In n e sposoby, ja k chem iczne lub elektrochem iczne oddzielanie, po w od ują w zasadzie zniszczenie zgładu. M ożna jed n a k tego un ik n ąć p o k ry w ając w y sch n ięty n a zgładzić odcisk dodatkow ą, grubą błonką w zm acniającą (przy zastosow aniu bardziej stężonego’ roztw oru), k tó ra po oddzieleniu razem z odciskiem ze zgładu rozpuszczana jest w sto­

sow nym rozpuszczalniku. D la odcisków form w arow ych czy m ow italow yeh błonka w zm acniająca może być z nitrocelulozy, dla odcisków n itro c e lu ­ lozow ych zaś np. z p o listy ren u rozpuszczonego w benzenie. D la zabiegu oddzielania odcisków od błonek w zm acniających itp . stosow any jest sze­

reg m etod [8], W lab o ra to riu m K a te d ry M etaloznaw stw a w yko rzysty w a- sia tka niklowa odcisk i błonka

“ ---T 2 T - rozpuszczalnik

- i siatka (nośnik)

preparatu

R ys. 2. U rz ą d z e n ie d la ro z p u s z c z a n ia b ło n e k w z m a c n ia ją c y c h , j a k ró w n ie ż m a try c p rz y o d c is k a c h p o ś r e d n ic h

n y je s t n a ogół sposób Jaffego. K w a d ra t 3 X 3 m m podw ójnej błonki um ieszcza się n a siatce n o śn ik a p re p a ra tu i w ra z z nim n a nieco grubszej siatce zw ilżanej od dołu rozpuszczalnikiem (rys. 2). B łonka w zm acniająca pow inn a być obrócona k u dołolwi, W m iarę jej rozpuszczania odcisk osiada n a siatce nośnika. W adą m eto d y są stosunkow o duże n ap rężen ia w y stę ­ pujące p rzy w ysy chaniu odcisku n a siatce, k tó re m ogą łatw o spowodować uszkodzenie odcisku. A. G ard in [9] zaleca stosow anie żelatyny jako błonki w zm acniającej. W arstew ka w ysychającej ż e la ty n y m a tu ponadto przez obecność n ap rę ż e ń skurczow ych ułatw iać oddzielenie b łon ki od zgładu.

P o w sta je jed n a k w ątpliw ość, czy n ap rę ż e n ia te nie pow odują trw ały ch odkształceń sam ego odcisku.

S łaby zazw yczaj k o n tra st o b razu uzyskiw any przy odciskach plastycz­

nych pow oduje n a ogół konieczność stosow ania cieniow ania. W ym aga to w zasadzie specjalnego u rządzen ia (napylarki), w ykonanie takiego u rz ą ­ dzenia, p rz y posiadaniu odpow iedniego zespołu pom p próżniow ych je s t jed n a k m ożliwe n a w e t w niew ielkich w arsztatach . Na ry su n k u 3 i 4 poka-

Rys. 3. U rz ą d z e n ie do c ie n io w a n ia p r e p a r a tó w (n a p y la rk a ) w y k o n a n e w K a te d rz e M e ta lo z n a w s tw a P o l. SI. O z n a c z e n ia : K — k lo sz sz k la n y ; P —- p ły ta s ta lo w a ; P D — p o m p a d y fu z y jn a ; P W — p o m p a w s tę p n a ; T j — tr a n s f o r m a t o r re g u la c y jn y ; T ., —

tr a n s f o r m a t o r ż a rz e n ia ; R — rę c z n y tr a n s f o r m a t o r T e sli do s p r a w d z a n ia p ró ż n i

zano w ygląd ogólny n a p y la rk i w ykonanej w K atedrze M etaloznaw stw a P olitech nik i Śląskiej i zdjęcie roboczej części urządzenia.

J a k o m a te ria ły do cieniow ania stosow ane są cięższe m etale lu b ich związki, np. U, Cr, W, P t, W O 3 . Konieczność otrzym ania n a preparacie ciągłych i b ezstru k tu raln y c h w arstew ek ogranicza ilość m ożliw ych do użycia su b stan cji, m uszą one bowiem spełniać kilka w arunków , w szcze­

gólności:

1. Nie w ykazyw ać p rzy n ap y lan iu kondensacji zbiorczej pow odującej 'w ystępow anie u tw o ró w pozornych (artefacta).

2. Nie podlegać koagulacji p rzy ogrzaniu p re p a ra tu w m ikroskopie.

3. U jaw niać niew ielką skłonność do rekrystalizacji.

P rzy k ład em m etalu łatw o koagulującego jest złoto, któ re zawsze po­

w oduje m niej lub w ięcej w y raźn ą ziarnistość p re p a ra tu (rys. 5), w p rze ­ ciw ieństw ie d o chrom u (rys. 6), czy tró jtle n k u w olfram u (rys. 7).

W tab licy 2 zestaw iono niek tó re su b stancje używ ane do cieniow ania oraz dane dotyczące ich stosow ania.

R ys. 4. C zęść n a p y la r k i: P D — k a n a ł do p o m p y d y fu z y jn e j; Z — z a c isk i m ie d z ia n e ; P —■ p a r o w n ik - łó d e c z k a z b la c h y T a ; D — p rz e s ło n a ; K — z a s ło n a u r u c h a m ia n a

z z e w n ą trz m a g n e s e m ; S — s to lik d la u m o c o w a n ia p r e p a r a tó w

T a b l i c a 2

Warunki odparowywania w próżni niektórych substancji

M a te ria ł

T e m p e r a tu ra o d p a ro w y w a n ia °C

p rz y c iś n ie n iu P a ro w n ik U w agi

p ~ 1 0 — 2 T r p~ 1 0 — 4 T r

a lu m in iu m 1188 977 d r u t lu b łó d k a

z W , Mo, T a, N b

c h ro m 917 (subl.) d r u t W lu b łó d k a

z b la c h y T a lu b Mo

s u b lim u je w sta n ie s ta ły m

m iedź 1267 1047 k o szy czek z d r u tu

W lu b Mo

p la ty n a 2054 1722 d r u t W

s r e b ro 1046 857 łó d k a z b la c h y Mo (Ta) lu b

ty g ie l A1203 ze s p ira lą W w o lfra m u

tr ó jtle n e k WOj

łó d k a z b la c h y T a lu b Mo

złoto 1467 d r u t W lu b M o

9 M e c h a n ik a n r 5

K ą t n ap y lan ia u stala się zazwyczaj od 25 do 45°. K ą t ten może być w iększy p rzy w iększych i w yższych szczegółach s tru k tu ry , natom iast u jaw n ien ie drobny ch szczegółów w ym aga bardziej skośnego cieniow ania.

Zm niejszenie jed n a k k ą ta n ap y lan ia poniżej 20° może już powodować pow staw anie u tw orów pozornych (artefacta) i trudności w in te rp re ta c ji o brazu (rys. 8).

R ys. 5. T ra w . 1% F e C ls F o w . 9000 X G ru b o p ły tk o w y p e r l it w s ta li w ę g ło w e j.

O d cisk m o w ita lo w y c ie n io w a n y A u

R ys. 6. T ra w . 1% F e C l3 P o w . 9000 X S tr u k t u r a ja k ry s. 5. O d cisk m o w ita ­

lo w y , c ie n io w a n y C r

Odległość od parow n ika do p re p a ra tu i ciśnienie pod kloszem w a­

ru n k u ją praw idłow e cieniow anie, k tó re to w ym aga prostoliniow ego roz­

chodzenia się cząsteczek p ar. Im niższe ciśnienie, ty m dłuższa jest droga św obodna cząsteczek pom iędzy kolejnym i zderzeniam i i ty m większa może być odległość p re p a ra tu od źródła rozchodzenia się par. Ś rednie długości sw obodne (A) w rozm aitych gazach podaje ry su n ek 9. W arunkiem ko­

niecznym jest, aby odległość p re p a ra tu od parow nika i < X. Ze względu jed n ak na możliwość nadm iernego' ogrzew ania się p rep a ra tó w nie p rz y j­

m u je się odległości l niniejszych niż 5 -f- 6 cm.

R ys. 7. T ra w . 1% F e C l3 P o w . 9000 X S tr u k tu r a ja k n a ry s. 5. O d cisk m o w i­

ta lo w y , c ie n io w a n y W O s

R ys. 8. T ra w . 1% F e C l3 P o w . 9000 X S tr u k tu r a j a k ry s . 5. O d cisk m o w ita ­ lo w y , c ie n io w a n y W O3 p od k ą te m 15°

W n iek tó ry ch przy p adkach dodatkow ą tru dność w prow adza s tru k tu ra w łasna odcisku (zw ykle ziarnistość) u jaw n ia n a przez cieniow anie. Stoso­

w ana być może wówczas m etoda cieniow ania w stępnego (preshadow ing) [11], k tó re j kolejność czynności podano n a rys. 10. C ieniow ana jest tu próbka, a nie odcisk, co usuw a w ad y poprzedniej m etody i pozw ala na osiągnięcie wyższej rozdzielczości. W ym agane je s t tu jed n a k przed cie-

1 10 100 fOOO

Średnia droga swoóoclna ( >>) w m m

R ys. 9. W a rto ś ć ś r e d n ie j d ro g i sw o b o d n e j (i) w ró ż n y c h g a z a c h , w z a le ż n o śc i od c iś n ie n ia . W g K o h le r a [10]

R ys. 10. K o le jn o ś ć czy n n o śc i p rz y w y k o n y w a n iu o d c isk ó w z c ie n io w a n ie m w s tę p n y m : 1 — N a p y le n ie w p ró ż n i w a r s te w k i o d d z ie la ją c e j; 2 — C ie n io w a n ie ; 3 — N a ło ż e n ie b ło n k i p la s ty c z n e j; 4 — N a ło ż e n ie b ło n k i w z m a c n ia ją c e j; 5 — O d d z ie le n ie p o d ­ w ó jn e j b ło n k i; 6 — R o z p u sz c z e n ie b ło n k i w z m a c n ia ją c e j. W y k re s p o d a je z a c z e rn ie ­

n ie (Z) p ły ty fo to g ra fic z n e j w m ik ro s k o p ie

0,1

i z

£ 4 6 i %o

2

a 4

niow aniem napylenie w a rśtw y oddzielającej, u łatw iającej zdjęcie w a r­

stew ki m etalow ej razem z odciskiem. Stosow ane są tu zw ykle substan cje pow ierzchniow o aktyw ne, tw orzące m onom olekularne w arstw y, np. Vic- taw e t 35 B 1.

Mimo sw ojej p ro stoty i łatw ości in d en ty fik a c ji otrzym yw an ych obra­

zów m etoda bezpośrednich odcisków plastycznych posiada zasadniczą wadę, jak ą jest niska stosunkow o rozdzielczość w ynosząca około 200 A.

O graniczenie to w yn ika nie ty le jed n ak ze złej rep ro d u k cji szczegółów badanych pow ierzchni, co z w pływ u w ew nętrznej s tr u k tu ry błonek. S tąd duże rozpow szechnienie znalazły m etody dw ustopniow e, 'w k tó ry ch zdej­

m ow any z pow ierzchni badanej odcisk jest m atrycą używ aną w dalszym ciągu do w ykonania drugiego odcisku, najczęściej przez napylenie w p róż­

ni bardziej bezpostaciow ej w arstew ki. M atryce m ogą być w ykonyw ane:

1. jak o odciski plastyczne, ja k poprzednio, jedynie znacznie grubsze (przez w zm ocnienie stężonym i roztw oram i) — z nitrocelulozy, fo rm w a ru itp. [12],

2. jako odciski m etalow e, przez napylenie grubej (3 - f 5 n) w arstew ki w próżni — np. Ag ,[13],

3. m etodą term oplastyczną — przez odcisk w płytce polisty renu w pod­

w yższonej te m p e ra tu rz e [14],

4. in n y m i m etodam i, przez odcisk w celuloidzie, żelatynie itp.

M atryce plastyczne w ykonyw ane są i zdejm ow ane ta k ja k odciski plastyczne z tym , że ze w zględu n a w iększą grubość ułatw ione jest od­

dzielanie od zgładu bez obaw y deform acji błonki. W przypadku m atryc m etalow ych niezbędne je s t urządzenie do n ap ylania w próżni, chociaż z pow odzeniem zastosow ano ju ż do bad ań sta li [15] m etodę odciskania s tr u k tu ry w folii z czystego Al (patrz rów nież dalej: odciski tlenkow e).

M atryce po listyrenow e w ykonyw ać m ożna za pomocą zw ykłej prasy do inklu do w ania próbek, wyposażonej w ele k try c z n y piecyk oporowy.

Ze w zględu n a to, że w procesie w yk o n yw ania m atry cy konieczne jest podgrzanie do około 160 °C, m etoda ta nie nadaje się do b ad ania s tr u k ­ tu r ulegających w tej tem p e ra tu rz e zm ianom . O ddzielenie m atry c poli­

sty ren o w ych w ym aga przew ażnie chem icznego rozpuszczenia próbki. Ze w zględu n a dużą trw ałość chem iczną p o listy ren u m ożliwe jest dokony­

w anie tego w kw asach nieorganicznych lu b stężonych ługach.

Gotowe m atry ce poddaw ane są nap y lan iu w próżni dla w ytw orzenia odcisku w tórnego. Mogą być tu używ ane:

1. m etale: chrom , złoto, stop P d-A u i in., 2. tlen k i krzem u: SiO^-2 (kwarc) lub SiO, 3. węgiel.

1 V ic to r C h e m ic a l W o rk s. C h icag o , 111. U SA

R ep lik i m etalo w e są rzadziej używ ane. M imo dużej trw ałości i w ie r­

ności o d tw arzan ia pow ierzchni p o siad ają one najczęściej w ew n ętrzn ą budow ę k ry sta lic zn ą w y w o łu jącą niepożądane efek ty d y fra k c ji i in te r­

feren cji prom ieni.

W arstew ki kw arcow e używ an e są p rzew ażnie w połączeniu z m a try ­ cam i p o listy ren o w y m i [14, 16]. Prócz k w arcu stosow any jest tu rów nież tle n e k k rzem u SiO, p rzy czym odróżnia się on ty lk o znacznie niższą tem ­ p e ra tu rą p aro w an ia (o 250 -4- 300 °C). D la Si02, p rzy ciśnieniu 10~2 m m Hg te m p e ra tu ra p o w inna w ynosić około 1350 °C. N ap ylania dokonuje się pod k ą te m p ro sty m do pow ierzchni próbki, o trzy m an a w a rste w k a zaś

R ys. 11. K o le jn o ś ć c z y n n o śc i p rz y w y k o n y w a n iu o d c is k ó w p o ś r e d n ic h m e to d ą p o - li s t y r e n - k w a r c . 1 — O d c iśn ię c ie m a t r y c y p a li s t y r e n o w e j; 2 — O d d z ie le n ie m a tr y c y ; 3 —• N a p y le n ie w a r s te w k i SiOo lu b S iO ; 4 —- O d d z ie le n ie o d c is k u od m a try c y . Z —

z a c z e rn ie n ie p ły ty fo to g ra fic z n e j

p o w inn a m ieć grubość 100 -f- 200 A, (co u zy sk u je się przez odparow yw a­

nie odm ierzonych ilości kw arcu). O ddzielenie odcisku od m atry cy n a s tę ­ p u je w b ro m k u etylu, p rzy czym dla u łatw ie n ia p rac y w skazane jest boczne ośw ietlenie naczynia i ciem ne tło ze w zględu na bardzo słabą w i­

doczność błonek kw arcow ych. K olejność czynności o trzy m yw an ia odcis­

ków k w arcow ych p rzedstaw iono n a rys. 11. Odciski te, m im o że niezw ykle łam liw e i łatw e do uszkodzenia m echanicznie, są bardzo odporne na podw yższone te m p e ra tu ry i w mikroskopie* m ogą być bez szkody ogrze­

w ane n a w e t do 1000 °C. P o zw alają one n a osiągnięcie w ysokiej rozdziel­

czości około 40 A.

O braz w m ikroskopie po w staje tu inaczej niż w p rzy p a d k u odcisków plastycznych. N apylony kw arc p o k ry w a pow ierzchnię m atry cy w a rste w ­

ką o praw ie jednakow ej grubości. K o n trast obrazu pow staje w tych w a ru n k a ch przez różne pochłanianie i rozpraszanie elektronów przez ob­

szary o różnym n ach y leniu (różnej grubości optycznej) — jak w yjaśnia ry su n ek 12. O trzy m an e obrazy są znacznie tru d n ie jsz e do in te rp re ta c ji niż obrazy uzyskiw ane p rzy odciskach plastycznych i przy bardziej skom ­ plikow anych s tru k tu ra c h .odczytanie ich w ym aga dużego doświadczenia.

Z am iast odcisków kw arcow ych zaczęto obecnie w prow adzać odciski węglow e w ykonyw ane p rzy użyciu m etody B radleya [17]. Błonki w ęglo­

w e są rów nie odporne cieplnie i chem icznie ja k kw arcow e, jed n ak b a r-

R ys. 12. P o w s ta w a n ie k o n tr a s tu w o b ra z ie p r e p a r a tó w s ta n o w ią c y c h b ło n k ę o s ta łe j g ru b o ś c i (o d cisk i tle n k o w e , k w a rc o w e , w ęg lo w e)

dziej w y trzy m ałe m echanicznie i lepiej w idocząe przy preparow aniu.

Poza ty m ze w zględu na niską liczbę atom ow ą są łatw o przepuszczalne dla elektronów . Rozdzielczość obrazów jest bardzo dobra i może docho­

dzić p rzy pew n ych stru k tu ra c h do 30 A [18], Cienkie błonki o grubości około 50 A m ogą być cieniow ane w zw ykły sposób. B łonki przeznaczone do obserw acji bez cieniow ania dla lepszego k o n tra stu pow inny być g ru b ­ sze — 200 -f- 300 A, pogarsza się przy ty m nieco rozdzielczość. Szkic u rzą ­ dzenia do w y tw arzan ia w arstew ek w ęglow ych przedstaw iono na rys. 13.

Przez dw ie zetkn ięte i lekko dociśnięte sprężyną, zaostrzone elek tro dy . węglowe (o czystości p rzy n ajm n iej 99%) przepuszczany jest w próżni prąd o napięciu 10 — 20 V i natężen iu do 20 A. Z etknięte końce e lek tro d ule­

g a ją silnem u rozgrzaniu pow odującem u odparow yw anie w ęgla w m iejscu styku. Na ry su n k u 14 podano zdjęcie zasadniczej części urządzenia.

C h a ra k te r odcisku je s t ta k i sam jak w p rzy p ad k u odcisków kw arco­

w ych i podobny je st sposób pow staw ania obrazu. Na ry su n k u 15 p rzed ­

staw iono s tru k tu rę cem en ty tu kulkow ego, pozw alającą na porów nanie otrzym anego obrazu ze schem atem p okazanym n a rys. 11 i 12.

M etoda odcisków w ęglow ych ulepszona została ostatnio przez J. N u t- tin g a prziez zam ianę jej n a bezpośrednią. W arstw a w ęgla osadzana jest n a pow ierzchni zgładu i n astęp n ie oddzielana elek trolitycznie (w u rzą ­ dzeniu do polerow ania elektrolitycznego). U niknięcie członu pośredniego

Rys. 13. S c h e m a t u rz ą d z e n ia do w y tw a r z a n ia o d cisk ó w w ę g lo w y c h m e to d ą B ra d le y a . O z n a c z e n ia : C — p r ę ty w ę g lo w e ; Q — r u r k i k w a rc o w e ; S — s p r ę ż y n a d o c is k a ją c a

w ę g le ; P — p r e p a r a t

R ys. 14. C zęść u rz ą d z e n ia w g s c h e m a tu n a ry s. 13. U rz ą d z e n ie to p rz y s to s o w a n o do u s ta w ie n ia p o d k lo s z e m n a p y la r k i, j a k p o k a z a n o n a ry s. 3

(m atrycy) um ożliw ia łatw iejsze w y korzystanie zdolności rozdzielczej oko­

ło 20 -r- 30 À.

In n y m przy k ład em odcisków u zyskiw anych przez n ap y lan ie je s t m e­

toda w prow adzona w 1950 przez H assa i Mc F a rla n d a [19] ulepszona n astęp n ie przez F e rta i D a rg e n ta [20], N a pow ierzchnię p róbki napyla się w próżni w a rstew k ę Al do grubości około 3 p. Po w zm ocnieniu w a r­

stew ką nitrocelulozy całość oddziela się za pom ocą taśm y klejonej. N a­

stęp n ie sw obodna pow ierzchnia alu m in iu m p oddaw ana je s t u tlen ian iu anodow em u w urządzeniu, którego schem at podano n a ry su n k u 16. E lek­

tro lite m może być 3% ro ztw ó r w odny cy try n ian u lub b o ran u amonowego.

P rz y napięciu na zaciskach = 20 V, pow staje na pow ierzchni ciągła w a rste w k a tlen ków o grubości około 30 À. W arstew kę tę po nacięciu od­

cisku n a k w a d ra ty o boku ~ 3 m m łatw o je s t oddzielić w nasyconym roztw orze H gC l² (sublim atu). W ierność odtw orzenia szczegółów i kon- trastow ość (k o n trast p o w staje tu w ta k i sam sposób ja k w p rzy p ad k u odcisków kw arcow ych) są w tej m etodzie bardzo dobre, osiągana roz­

dzielczość w ynosi około 50 À.

N ależałoby tu w spom nieć jeszcze o m etodzie w arstew ek tlenkow ych, w y tw a rz an y c h bezpośrednio na pow ierzchni b ad an ych zgładów. M etoda ta, n ajb ard ziej dokładna, jeżeli chodzi o odtw orzenie szczegółów stru k ­ tu ry , nie znalazła n iestety w iększego zastosow ania poza b adan iem a lu ­ m in iu m i jego stopów. M ahla i N ielsen [21] dla otrzym ania p rep a ra tó w m ikroskopow ych próbow ali w yko rzystać u tle n ia n ie się stopów żelaza w stopniow ych kąpielach saletrzanych, Tsou i N u ttin g [22] — działanie chem iczne roztw orów dw uch ro m ianu potasu. J a k się jed n a k okazuje, otrzy m an ie ciągłych i trw a ły c h w arstew ek tlenków u d a je się tylko w p rzy p a d k u n iek tó ry ch m ateriałó w p rzed e w szystkim stali au stenity cz­

nych, n ik lu a tak że stopów Alnico. W p rzy p a d k u stopów alum iniu m m etoda odcisków tlen k ow y ch pozw ala n a uniknięcie tra w ie n ia chem icz­

nego i zm ian przez to pow odow anych. Różne fazy obecne w stru k tu rz e u ja w n ia ją się przez różną szybkość u tle n ia n ia i różną n a sk u te k tego g ru ­ bość w a rste w k i tlenków .

Ja k o sp ecjaln ą m etodę b ad an ia s tru k tu ry trz e b a w ym ienić m etodę tzw. re p lik ekstrak cy jn y ch , opracow aną przez G orlicha i Goossensa [23], Stosow ana je s t ona dla oddzielania od p róbki razem z odciskiem w trąc e ń niem etalicznych (np. w ęglików ) zn ajd u jący ch się na pow ierzchni. Poza o b serw acją postaci i w ielkości ty ch w trąc e ń um ożliw ione je s t w te n spo­

sób zapoznanie się z ich rozm ieszczeniem w s tru k tu rz e a także, przez b adania elektronograficzne — rozpoznanie ich s tr u k tu ry i składu. M ożliwe jest tu k ilk a odm ian tej m etody. N ajczęściej zgład, polerow any i traw io n y nieco silniej niż zw ykle, p o k ry w an y je st cienką błonką n itrocelulozy lub form w aru. N astęp u je d ru g ie traw ien ie, p rzy czym zgład p o k ry ty bło nk ą

zan u rz a n y jest w m ieszaninie brom u i alkoholu m etylow ego (6% obj.

brom u). Poniew aż zarów no błonki nitrocelulozow e, ja k i inne są p rze ­ puszczalne p raw ie dla w szystkich odczynników , n a stę p u je w y traw ia n ie m eta lu pod błonką, w trąc e n ia zaś jak o odporniejsze chem icznie pozostają bez zm iany (rys. 17). Z gład je s t przem yw an y i suszony w stru m ien iu

R ys. 15. T ra w . k w . p ik r y n . P o w . 30000 X C e m e n ty t k u lk o w y w s ta li w ę g lo w e j 0,8 C.

O d c isk w ę g lo w y p o ś r e d n i (m a try c a n itro c e lu lo z o w a )

. .2 0 V

O o +

P róbka A l

V

C l„ h P t

R ys. 16. S c h e m a t u r z ą d z e n ia do a n o d o w e g o u tle n ia n ia p ró b e k a lu m in io w y c h

R ys. 17. K o le jn o ś ć cz y n n o śc i p rz y w y k o n y w a n iu o d cisk ó w e k s tr a k c y jn y c h : 1 — N a ­ ło ż e n ie c ie n k ie j b ło n k i p la s ty c z n e j; 2 — D ru g ie tr a w ie n ie (ro z tw ó r b ro m u ); 3 —- N a ­ ło ż e n ie c ie n k ie j b ło n k i w z m a c n ia ją c e j; 4 — O d e rw a n ie b ło n k i w ra z z w tr ą c e n ia m i

ciepłego pow ietrza, po czym po nałożeniu cienkiej błonki w zm acniającej podw ójna błonka oddzielana jest m echanicznie od zgładu. Większość w trąceń pozostaje p rzy błonce. Zam iast n akład an ia błonki plastycznej m ożliw e jest n ap y len ie w arstew k i w ęglow ej. K olejność pozostałych czyn­

ności nie ulega p rzy ty m zm ianie. M etoda ta jest pew nym odstępstw em od czystej postaci odcisku w k ie ru n k u o trzy m ania p re p a ra tu u k azu ją­

cego rzeczyw istą w ew n ętrzn ą s tru k tu rę m etalu. D alszym krokiem w tym k ieru n k u są om aw iane w zakończeniu p re p a ra ty z cienkich folii m eta­

licznych.

3. Odciski z przełom ów

W dziedzinie bad an ia przełom ów — frak to g rafii 1 — m ikroskopia elek tron ow a znalazła rów nież duże zastosow anie. W porów naniu z bad a­

niem zgładów w a ru n k i w ykonyw ania odcisków są tu trudniejsze, tym bardziej, im bardziej n iere g u la rn a jest pow ierzchnia przełom u. W zasa­

dzie p rzy przełom ach o silnym reliefie należy się zawsze liczyć albo z pew n ą defo rm acją odcisku, albo z koniecznością zniszczenia próbki.

Je d n ą z m ożliw ości w yko n y w an ia odcisków z przełom ów stanow ią od­

ciski m atrycow e. W ykonuje się je najczęściej przez odciśnięcie pow ierz­

chni przełom u w alum inium , w folii triacetato w ej (Triafol), w reszcie m etodą term oplastyczną, pod naciskiem i w podwyższonej tem p eratu rze, w po listy ren ie lub perspeksie. P ow ierzchnie przełom ów nie są zazwyczaj po ddaw an e ża*dnym zabiegom przygotow aw czym , czasem tylko stosuje się słabe tra w ie n ie dla łatw iejszego odróżnienia poszczególnych ziarn.

P rzy m etodzie odcisków alum iniow ych pow ierzchnia przełom u odciskana jest pod p rasą (p ~ 25 k G /m m 2) w polerdw anej elektrolityczn ie pow ierz­

chni p ły tk i z czystego (99,99%) alum inium . Po oddzieleniu p ły tk a alum i­

niow ana poddaw ana jest, jak już poprzednio opisano, elektrolitycznem u utlen ian iu , po czym w arstew k ę tle n k u oddziela się w roztw orze HgClo.

T rudności sp raw ia oczyszczenie pow ierzchni m atry cy w p rzy p ad k u sil­

nego reliefu przełom u, poza tym na sk u tek deform acji spotyka się często liczne u tw o ry pozorne.

Z pow odzeniem stosow ano do b ad ania przełom ów [24] m etodę m atry c z folii triacetato w ej (Triafol). Folię tak ą zw ilża się octanem m ety lu i za pom ocą m ałej p rasy w ciska w pow ierzchnię przełom u. O ddzielenie m a­

try c y n a stę p u je zw ykle m echanicznie, za pom ocą klejonej taśm y. Po od­

dzieleniu p o d daje się m a try c e n ap y la n iu w arstew k ą SiO lub w ęgla (wg

1 F r a k to g r a f ia — m ik ro sk o p o w e b a d a n ie p rz e ło m ó w , je s t ie d n ą z n o w o czesn y ch m e to d w p ro w a d z a n y c h o b e c n ie do b a d a ń m e ta lo z n a w c z y c h . Z a in te re s o w a n y c h o d ­

sy ła się do p ra c y [29],

m etody B radleya). P rz y bard ziej n ierów n y ch przełom ach w skazane jest nap y lan ie z dw óch źródeł lu b d w u k ro tn e n a p y la n ie m atry cy pod dw om a różnym i kątam i. Taśm ę p ap iero w ą oddziela się w wodzie, po czym sam ą m atry cę rozpuszcza w toluolu. P rz ec iętn a rozdzielczość przy zastosow a­

niu m atry c triafo lo w y ch w ynosi w edług P fis te re ra około 300 A.

Z nacznie w yższe rozdzielczości niż p rzy odciskach m atry co w y ch po­

zw ala uzyskać m etoda bezpośrednich odcisków w ęglow ych, opisana w za­

stosow aniu do b ad an ia zgładów przez J. N u ttin g a [25]. K onieczne są tu jed nak, szczególnie p rzy bardziej n ieró w ny ch przełom ach dw a źródła p a r dostatecznie oddalone od siebie tak, aby m ożna było otrzym ać na całej pow ierzchni ciągłą w a rste w k ę w ęgla. G rubość w a rste w k i jest tu m niej w ażna niż p rzy odciskach ze zgładów , p rzy różn ych o rien tacjach pow ierz­

chni zaw sze bow iem znaleźć m ożna takie, na k tó ry c h grubość błonki jest o ptym alna. In te rp re ta c ja tego ro d zaju odcisków je s t tru d n a ze w zględu na to, że w y stę p u ją tu dość złożone efek ty cieniow ania. W niek tó ry ch przy p ad k ach dla u łatw ie n ia in te rp re ta c ji w y k o n u je się rów noległe od­

ciski w ęglow e i odciski np. m etodą m atry c alum iniow ych.

4. Inne m etody wykonywania preparatów

Mimo że b ad an ia m ikroskopow e za p o śred nictw em odcisków są zup eł­

nie w y starczające dla w iększości celów i m ogą być przeprow adzone w zględnie szybko, w szeregu lab o rato rió w p ra c u je się nad um ożliw ie­

niem bezpośredniej obserw acji s tr u k tu r m etalicznych w m ikroskopie elektronow ym . Możliwość użycia p re p a ra tó w pozw alających na ich p rze­

św ietlenie w m ikroskopie s ta je się szczególnie w ażna w tedy, gdy chodzi o bad an ie szczegółów s tru k tu ry o w y m iarach u granicy zdolności roz­

dzielczej m ikroskopu. Szczegóły te zacieran e są zazw yczaj przez tra w ie ­ nie konieczne dla um ożliw ienia w y tw o rzen ia odcisku. Poza ty m przy b ad an iu bezpośrednim obserw acja obrazu s tru k tu ry może być połączona z badan iam i elektro nog raficzn ym i pozw alającym i n a określenie budow y k ry stalog raficzn ej w idocznych w obrazie obszarów. M ożliwa sta je się rów nież o bserw acja w ielu szybko zachodzących zjaw isk w ystępu jących przy ogrzew aniu lub oziębianiu p rep arató w . T ak np. udało się u trw alić na błonie kinow ej ru ch dyslokacji w folii alum iniow ej podgrzanej w s tr u ­ m ieniu elek tro n ó w [26].

Zasadniczą tru d ność stanow i w y tw orzen ie odpow iednio cienkich folii.

W ym agana grubość p re p a ra tó w w ynosi 200 -i- 300 A, w p rzy p ad k u m e­

ta li lekkich, ta sam a zaś grubość np. dla stopów żelaza w ym aga zastoso­

w ania m aksym alnego napięcia przyśpieszającego w m ikroskopie, tj. około 100 kV. Użycie m ikrotom u nie jest tu w skazane ze w zględu n a możliwość

deform acji s tru k tu ry . W łaściw sza jest m etoda rozpuszczania e le k tro lity ­ cznego, zaproponow ana przez H eiden reich a [27], W m etodzie tej krążki z cienkiej folii m etalow ej (np. alum inium ) średnicy około 3 m m podda­

w ane są o b u stron n em u polero w an iu elek tro lityczn em u aż do chw ili po­

jaw ien ia się otw orów w części środkow ej. O bszary w okół brzegów tych otw orów są n a ogół na ty le cienkie, że p rzy prześw ietlen iu w m ik ro ­ skopie um ożliw iają dostrzeżenie niejednorodności s tru k tu ry . Liczne w ady u tru d n ia ją jed n a k szersze w yk o rzy stan ie opisanego sposobu. Rozpusz­

czanie elek tro lity czn e je s t zw ykle bardzo nierów nom ierne, obszar uży­

teczny w okół otw orów je s t zazw yczaj niew ielki, a osadzające się na pow ierzchni w a rstw y tlenk ó w i in ne zanieczyszczenia pow odują pow sta­

w an ie licznych u tw orów pozornych. R. C astaing [28] w prow adził m etodę dw ustopniow ą. Po elek tro lity czn y m zm iejszeniu grubości w ycięte z folii krążki o średnicy ~ 3 m m poddaw ane są rozpy laniu katodow em u w spe­

c jaln ym przyrządzie um ożliw iającym jednoczesne bom bardow anie jono­

w e z obu stro n na pow ierzchni około 1 m m 2. Zabieg te n trw ają cy kilk a do k ilk u n a stu godzin p o w oduje b ard zo rów nom ierne zm niejszanie g ru ­ bości folii, przy czym w przeciw ień stw ie do poprzedniego sposobu nie w y stę p u je tu ten d e n c ja do szybkiego u su w ania m a te ria łu z brzegów p o jaw iający ch się w folii otw orów . Poza ty m nie m a w aru n k ó w do p o ja ­ w iania się jakich k o lw iek zanieczyszczeń na pow ierzchni. P re p a ra ty zba­

dan e w m ikroskopie i uznane za zbyt grube m ogą być jeszcze raz pod­

daw ane zabiegowi, co nie u d aje się w p rzy p ad k u polerow ania e lek tro li­

tycznego.

Pom im o ty ch osiągnięć nie należy oczekiwać sp adk u znaczenia po­

średn ich m etod p re p a ra ty k i. O pisane tu m etody bezpośrednie m ogą daw ać pew ne w yniki w b ad an iach np. bardzo d rob ny ch W5'dzieleń, nie n a d a ją się n ato m iast do obserw acji s tru k tu r n a w iększych obszarach.

M ożna sobie n atom iast w yobrazić ich znaczenie jako m etod b adań uzu­

p ełn iający ch w p rzy p adku , gdy in n y m i sposobam i stw ierdzi się ich celo­

wość. U fru d n iającą szersze zastosow anie cechą jest długość procesu w y­

tw a rz a n ia cienkich p re p a ra tó w ja k rów nież w p rzy p ad k u m etody C asta- inga — konieczność budow y specjalnych urządzeń.

B IB L IO G R A F IA

[1] C. F e r t , „R ev . U n iv e rs . M in .” 99 (1956) O ct., s tr. 409.

[2] G. M ô l l e n s t e d t , „ R a d e x — R u n d s c h a u ” 1956 N r 4/5 s tr. 187.

[3] R . F. M e h l , „ T ra n s . A S M ” 29 (1941), s tr. 813.

[4] R. F . M e h l , T h ir d p ro g re ss r e p o r t o j S u b - C o m m itte e X I , „ P ro c . A S T M ” 53 (1953), s tr . 505.

[5] J . N u 11 i n g i in . C o m p t. R e n d . 1953, s tr . 431.

[6] J . E g u c h' i, C. A s a d a, „ M e ta u x . C o r r “. 1956 N r 376, s tr. 483.

[7] J . C h o d o r o w s k i i in ., P r a c e G IM O z (1950), s tr. 81. „ P rz e g l. M e c h .“

1950. N r 9, s tr . 286.

[8] E. F u 11 a m , „A S T M P r e p r i n t ” 1953, N r 94a.

[9] A . J . G a r d i n , E le k tr o n n a ja m ik r o s k o p ija sta li, M ie ta łłu rg iz d a t. 1954.

[10] W . K ö h l e r , „ M e ta li” 15/16 (1954), s tr . 618.

[11] W . L . G r u b e , S. R. R o u z e , „ P ro c . A S T M ” 52 (1952), s tr . 573.

[12] J . W o l f f . „Z . w iss . M ik r .” 56 (1939) s tr . 181.

[13] C. D a l i t z , A. S c h u c h m a n n , „ O p tik ” 10 (1953), s tr . 143.

[14] R . D . H e i d e n r e i c h , V. G. P e c k , „ J . a p p l. P h y s .” 14 (1943), s tr. 23.

[15] A . S c h r a d e r , „ A rc h . f. E is e n h w .” 21 (1950), s tr . 337.

[16] C. H . G e r o u 1 d, „ J. a p p l. P h y s .“ 18 (1947), s tr . 333.

[17] D. E. B r a d l e y , „ J . I n s t. M e ta ls .” 83 (1954/55), s tr . 35.

[18] D. E. B r a d l e y , „ J . a p p l. P h y s .” 27 (1956), s t r . 1399.

[19] G . H a s s , M. E. Mc F a r l a n d , „ J . a p p l. P h y s .” 21 (1950), s tr . 435.

[20] C. F e r t, R . D a r g e n t , C o m p t. R e n d . 235 (1052), s t r . 1623.

[21] E . M . M a h 1 a, N. N i e l s e n , „ J . a p p l. P h y s .” 19 (1948), s tr . 378.

[22] A . T s o u , J . N u t t i n g , C o m p t. R e n d . 1953, s tr . 438.

[23] H . G o o s s e n s , H. K. G ö r l i c h , „ P h y s. V e r h a n d lu n g e n ” 6 (1955) s tr . 41.

[24] H . P f i s t e r e r , H. K a s p a r e k, „Z. M e ta lik .” 46 (1955), s tr . 574.

[25] J . N u t t i n g , „ R e v . U n iv e rs . M in .” 99 (1956), s tr. 512.

[26] P . B . H i r s c h , R. W . H o r n e i in., P roc. F ir s t E u r o p e a n R e g io n a l C o n ­ fe r e n c e o n E le c tr o n M ic ro sc o p y (w d ru k u ) .

[27] R. D. M e i d e n r e i c h , „ J . a p p l. P h y s .“ 20 (1949). s tr. 993.

[28] R . C a s t a i n g , „ R e v . U n iv e rs . M in .’’, 99 (1956), s t r . 454.

[29] F . S t a u b , J. B u b l i ń s k i , B a d a n ia m ik r o s k o p o w e p r z e ło m ó w . Zesz.

N a u k . P o l. S l. „ M e c h a n ik a ” 4, K r a k ó w 1957.

D Z IE Ł A I A R T Y K U Ł Y O T R E Ś C I O G Ó L N E J

[30] E. V . A n g e r e r , K u n s tg r if fe b e i P h y s ik a lis c h e n U n te r s u c h u n g e n , V e rla g F . V ie w eg & S o h n , B r a u n s c h w e ig 1954.

[31] H . M a h l , D ie e le k tr o n e n m ik r o s k o p is c h e U n te r s u c h u n g v o n O b e r flä c h e n . „E rg . e x a k t. N a tu r w is s .” 21 (1945), s tr . 262.

[32] H . K ö n i g , P r ä p a r a tiv e M e th o d e n d e r E le k tr o n e n m ik r o s k o p ie u n d ih r e E rg e b n is s e „E rg . e x a k t. N a tu r w is s .” 27 (1953).