Análisis de cerámica electrónica: aplicaciones de microscopía electrónica de barrido (SEM)

Los materiales cerámicos tienen una serie de características como alto punto de fusión, alta dureza, alta resistencia al desgaste y resistencia a la oxidación, y son ampliamente utilizados en diversos campos de la economía nacional como la industria electrónica, la industria automotriz, la industria textil, la industria química y la aeroespacial. . Las propiedades físicas de los materiales cerámicos dependen en gran medida de su microestructura, que es un área de aplicación importante del SEM.

¿Qué son las cerámicas?

Los materiales cerámicos son una clase de materiales inorgánicos no metálicos hechos de compuestos naturales o sintéticos mediante conformación y sinterización a alta temperatura y se pueden dividir en materiales cerámicos generales y materiales cerámicos especiales.

Los materiales cerámicos especiales se pueden clasificar según su composición química: cerámicas de óxido, cerámicas de nitruro, cerámicas de carburo, cerámicas de boruro, cerámicas de siliciuro, etc.; Según sus características y aplicaciones se pueden dividir en cerámica estructural y cerámica funcional.

Figura 1 Morfología microscópica de cerámicas de nitruro de boro.

SEM ayuda a estudiar las propiedades de los materiales cerámicos

Con el continuo desarrollo de la sociedad, la ciencia y la tecnología, las necesidades de materiales de las personas han ido aumentando, lo que requiere una comprensión más profunda de las diversas propiedades físicas y químicas de la cerámica. Las propiedades físicas de los materiales cerámicos dependen en gran medida de su microestructura [1], y las imágenes SEM se utilizan ampliamente en materiales cerámicos y otros campos de investigación debido a su alta resolución, amplio rango de aumento ajustable e imágenes estereoscópicas. El microscopio electrónico de barrido por emisión de campo CIQTEK SEM5000 se puede utilizar para observar fácilmente la microestructura de materiales cerámicos y productos relacionados y, además, el espectrómetro de energía de rayos X se puede utilizar para determinar rápidamente la composición elemental de los materiales.

 

Aplicación de SEM en el estudio de la cerámica electrónica

El mayor mercado de uso final de la industria de la cerámica especial es la industria electrónica, donde el titanato de bario (BaTiO3) se utiliza ampliamente en condensadores cerámicos multicapa (MLCC), termistores (PTC) y otros componentes electrónicos. componentes debido a su alta constante dieléctrica, excelentes propiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas y propiedades de resistencia al voltaje y aislamiento [2]. Con el rápido desarrollo de la industria de la información electrónica, la demanda de titanato de bario está aumentando y los componentes electrónicos se están volviendo más pequeños y miniaturizados, lo que también plantea mayores requisitos para el titanato de bario.

Los investigadores suelen regular las propiedades cambiando la temperatura de sinterización, la atmósfera, el dopaje y otros procesos de preparación. Aún así, la esencia es que los cambios en el proceso de preparación provocan cambios en la microestructura del material y, por tanto, en sus propiedades. Los estudios han demostrado que las propiedades dieléctricas ferroeléctricas del titanato de bario están estrechamente relacionadas con la microestructura del material, como la porosidad y el tamaño de grano [3]. La morfología de las partículas, la uniformidad del tamaño de las partículas y el tamaño de grano de los polvos cerámicos de titanato de bario se pueden caracterizar mediante microscopía electrónica de barrido por emisión de campo SEM5000, como se muestra en la Figura 2.

Los resultados de la caracterización de la microestructura son guías importantes para la selección de métodos de sinterización, así como de parámetros del proceso. Además, el estudio de la microestructura de materiales mediante SEM ayuda a comprender la relación entre microestructura y propiedades.
 

  Figura 2 Morfología microscópica del polvo cerámico de titanato de bario.

El titanato de bario y estroncio (BaxSr1-xTiO3) también es un importante material cerámico electrónico, que es una solución sólida formada por titanato de estroncio y titanato de bario. En comparación con el titanato de bario, tiene una constante dieléctrica más alta, una pérdida dieléctrica más baja, una resistencia a la ruptura más alta y un punto de transición de fase ajustable con composición, y ha sido ampliamente estudiado y utilizado en dispositivos electrónicos por un gran número de académicos. [4] Actualmente, los investigadores suelen utilizar métodos como el ajuste de la relación Sr/Ba y elementos dopantes para lograr un mejor rendimiento. Sin embargo, sigue siendo fundamental modular las propiedades del material cambiando la microestructura del material. La Figura 3 muestra la imagen electrónica retrodispersada del titanato de bario y estroncio sinterizado probado con el microscopio electrónico de barrido por emisión de campo SEM5000, que se puede utilizar para caracterizar la homogeneidad composicional del material con un aumento bajo, mientras que la imagen electrónica retrodispersada con un aumento alto también tiene una cierta revestimiento morfológico.

  Figura 3 Morfología microscópica de productos sinterizados de titanato de bario y estroncio

Los materiales cerámicos, los materiales metálicos y los materiales poliméricos son los tres materiales más utilizados en la sociedad actual. Con el continuo desarrollo de la ciencia, la tecnología y la economía social, el futuro planteará exigencias más exigentes en las prestaciones de los materiales cerámicos. El uso de SEM para caracterizar la microestructura de materiales cerámicos ayudará a mejorar la tecnología de preparación de materiales cerámicos para lograr un mayor rendimiento.

Microscopio electrónico de barrido de emisión de campo CIQTEK SEM5000

SEM5000 es un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo de alta resolución y rico en funciones, con diseño de barril avanzado, desaceleración dentro del barril y diseño de objetivo magnético sin fugas de baja aberración, para lograr imágenes de alta resolución de bajo voltaje, que se pueden aplicar a muestras magnéticas. SEM5000 tiene navegación óptica, funciones automáticas perfectas, interacción hombre-máquina bien diseñada, operación optimizada y proceso de uso. Independientemente de si el operador tiene una amplia experiencia, usted podrá comenzar rápidamente con la tarea de la fotografía de alta resolución.