Analisi al microscopio elettronico SEM

La caratteristica essenziale del microscopio elettronico a scansione è quella di fornire un'immagine ingrandita della superficie di un campione con una risoluzione ed una profondità di campo molto superiori a quelle del microscopio ottico. L'immagine viene prodotta facendo compiere ad un sottile pennello elettronico un movimento di esplorazione (scansione) della superficie del campione e rappresentando su uno schermo l'intensità di emissione di elettroni secondari in funzione della posizione. Tra le proprietà peculiari di questo strumento vanno citate la semplicità di osservazione di superficie irregolari con ingrandimenti da 20-50 X a 100.000 X e con grande profondità di campo. Il principio di funzionamento si basa sul fatto che una parte degli elettroni incidenti, detti anche elettroni primari, vengono riflessi mantenendo l'energia iniziale prendendo il nome di elettroni elettrodiffusi; gli elettroni primari non riflessi perdono la loro energia trasferendola agli elettroni del solido che possono diffondere verso la superficie del solido sfuggendo, in parte, all'esterno: questi elettroni, di energia molto bassa (qualche decina di eV), sono detti elettroni secondari. La rivelazione e formazione dell'immagine avviene in quanto la causa principale di variazione di emissione di elettroni secondari nei diversi punti del campione è legata alla sua morfologia esterna: più precisamente l'efficienza di emissione di una certa zona dipende essenzialmente dall'angolo che essa forma con il fascio incidente. Un aspetto tipico delle immagini ottenute con gli elettroni secondari è la luminosità degli spigoli e delle creste del campione; infatti in tali zone gli elettroni secondari prodotti percorrono solo brevi distanze all'interno del materiale e subiscono quindi un minore assorbimento. Il campo di applicazione più importante del SEM dal punto di vista metallurgico è lo studio della morfologia della superficie di frattura dei materiali (Frattografia) vista la straordinaria profondità di campo e la possibilità di iniziare l'osservazione da bassissimi ingrandimenti e di passare rapidamente a quelli più elevati.

microscopio elettronico

Immagine SEM della superficie di frattura di un componente metallico (1540X)

microscopio ottico

Immagine SEM della superficie di frattura di un componente metallico (2440X) - Presenza di microcavità

bordi dei grani

Immagine SEM della superficie di frattura di un componente metallico (3810X) - La morfologia della superficie di rottura indica chiaramente una frattura fragile intergranulare, presumibilmente dovuta ad interruzioni della matrice metallica.

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