វិធីសាស្ត្រវិភាគមីក្រូស្ត្រុកទ័រក្នុងលោហធាតុ
នៅក្នុងវិស័យលោហធាតុវិទ្យា ការយល់ដឹងអំពីមីក្រូស្ត្រូក្រាមនៃវត្ថុធាតុលោហធាតុគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិច និងមុខងាររបស់វា។ មីក្រូស្ត្រូក្រាមរួមបញ្ចូលការរៀបចំគ្រាប់ធញ្ញជាតិ ដំណាក់កាល និងការចែកចាយ និងសមាសភាពនៃធាតុផ្សេងៗដែលមាននៅក្នុងលោហធាតុ ឬយ៉ាន់ស្ព័រ។ ចំណេះដឹងអំពីមីក្រូស្ត្រូក្រាមផ្តល់នូវទិដ្ឋភាពទូទៅដ៏ទូលំទូលាយនៃកម្លាំង ភាពរឹង ភាពរឹងមាំ និងភាពបត់បែននៃវត្ថុធាតុ។ ដូច្នេះ វិធីសាស្ត្រវិភាគមីក្រូស្ត្រូក្រាមដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងលោហធាតុវិទ្យា។ អត្ថបទនេះនឹងពិភាក្សាអំពីបច្ចេកទេស និងវិធីសាស្ត្រផ្សេងៗដែលប្រើដើម្បីវិភាគមីក្រូស្ត្រូក្រាមក្នុងលោហធាតុវិទ្យា។
១. មីក្រូទស្សន៍អុបទិក
មីក្រូទស្សន៍អុបទិក ដែលត្រូវបានគេស្គាល់ផងដែរថាជាមីក្រូទស្សន៍ពន្លឺ គឺជាវិធីសាស្ត្រមួយក្នុងចំណោមវិធីសាស្ត្រទូទៅបំផុតសម្រាប់ការសង្កេតមើលមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធ។ បច្ចេកទេសនេះប្រើធ្នឹមពន្លឺដែលផ្តោតតាមរយៈកែវភ្នែក ដើម្បីពង្រីករូបភាពនៃវត្ថុមួយ។ មានជំហានជាច្រើនដែលត្រូវតែអនុវត្តតាមមុនពេលសង្កេតជាមួយមីក្រូទស្សន៍អុបទិក ពោលគឺ៖
– ការរៀបចំគំរូ៖ ដំណាក់កាលនេះរួមមាន ការកាត់ ការម៉ោន ការខាត់ និងការប៉ូលាផ្ទៃគំរូ ដើម្បីទទួលបានផ្ទៃរលោង និងគ្មានស្នាមឆ្កូត។
– ការឆ្លាក់៖ បន្ទាប់ពីការប៉ូលា គំរូជាធម្មតាត្រូវបានឆ្លាក់ដោយប្រើដំណោះស្រាយគីមីជាក់លាក់មួយ។ ដំណើរការនេះមានគោលបំណងបញ្ជាក់ឱ្យច្បាស់អំពីព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងដំណាក់កាលផ្សេងៗដែលមាននៅក្នុងសម្ភារៈ។
មីក្រូទស្សន៍អុបទិកអនុញ្ញាតឱ្យយើងសង្កេតមើលទំហំ និងរូបរាងគ្រាប់ធញ្ញជាតិ ការចែកចាយ និងទិសដៅគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងពិការភាពមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធមួយចំនួនដូចជា រន្ធ ឬ ការរួមបញ្ចូល។ ដែនកំណត់នៃមីក្រូទស្សន៍អុបទិកគឺគុណភាពបង្ហាញអតិបរមារបស់វា ដែលមានត្រឹមតែប្រហែល 0.2 មីក្រូម៉ែត្រប៉ុណ្ណោះ។
៥.៤. មីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង
ខណៈពេលដែលមីក្រូទស្សន៍អុបទិកត្រូវបានកំណត់ដោយរលកពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ មីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងប្រើប្រាស់ធ្នឹមអេឡិចត្រុងដែលមានរលកខ្លីជាង ដែលផ្តល់នូវគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ជាង។ មីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងពីរប្រភេទត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់នៅក្នុងការសិក្សាអំពីលោហធាតុ៖
ក. មីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កេន (SEM)
SEM ដំណើរការដោយការផ្ញើធ្នឹមអេឡិចត្រុងដែលស្កេនផ្ទៃនៃគំរូ។ អន្តរកម្មនៃអេឡិចត្រុងជាមួយអាតូមនៅលើផ្ទៃបង្កើតសញ្ញាដូចជាអេឡិចត្រុងបន្ទាប់បន្សំ អេឡិចត្រុងដែលរាយប៉ាយខាងក្រោយ និងកាំរស្មីអ៊ិចលក្ខណៈ ដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានវិភាគដើម្បីបង្កើតរូបភាពនៃផ្ទៃនៃសម្ភារៈ។ គុណសម្បត្តិនៃ SEM រួមមាន៖
- គុណភាពបង្ហាញខ្ពស់៖ អាចសម្រេចបាននូវគុណភាពបង្ហាញរហូតដល់ច្រើនណាណូម៉ែត្រ។
– ជម្រៅផ្តោតធំ៖ អនុញ្ញាតឱ្យសង្កេតមើលផ្ទៃដែលមានការប្រែប្រួលវណ្ឌវង្កមុតស្រួច។
– សមាសធាតុគីមី៖ ជាមួយនឹងលក្ខណៈពិសេសបន្ថែមដូចជា វិសាលគមរស្មីអ៊ិចបំបែកថាមពល (EDS) SEM អាចវិភាគសមាសធាតុគីមីនៅចំណុចជាក់លាក់មួយ។
ខ. មីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូន (TEM)
មិនដូច SEM ដែលស្កេនផ្ទៃទេ TEM ដំណើរការដោយការឆ្លងកាត់ធ្នឹមអេឡិចត្រុងឆ្លងកាត់គំរូស្តើងខ្លាំង។ TEM អាចផ្តល់ព័ត៌មានលម្អិតអំពីរចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុងរហូតដល់កម្រិតភាពច្បាស់អាតូម។ បច្ចេកទេសនេះមានប្រយោជន៍ជាពិសេសសម្រាប់៖
– រចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់៖ ផ្តល់ព័ត៌មានលម្អិតអំពីការរៀបចំអាតូម និងការឌីផ្រាក់ស្យុងអេឡិចត្រុង។
– ពិការភាពគ្រីស្តាល់៖ កំណត់អត្តសញ្ញាណការផ្លាស់ទីលំនៅ ព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងភាគល្អិតទឹកភ្លៀង។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការរៀបចំសំណាក TEM គឺស្មុគស្មាញណាស់ ហើយតម្រូវឱ្យមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ដើម្បីធានាបាននូវកម្រាស់សំណាកសមស្រប ជាធម្មតាស្ថិតនៅក្នុងចន្លោះពី 50-100 nm។
3. X-ray Diffraction (XRD)
XRD គឺជាបច្ចេកទេសវិភាគមួយដែលប្រើដើម្បីកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់នៃវត្ថុធាតុ។ បច្ចេកទេសនេះគឺផ្អែកលើគោលការណ៍នៃការឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិចនៅពេលវាឆ្លងកាត់បន្ទះគ្រីស្តាល់។ តាមរយៈការវាស់មុំ និងអាំងតង់ស៊ីតេនៃការឌីផ្រាក់ស្យុងលទ្ធផល យើងអាចកំណត់រឿងជាច្រើន រួមមាន៖
– រចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់៖ ប្រភេទ និងប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃបន្ទះគ្រីស្តាល់ និងទិសដៅរបស់វា។
– ការធ្វើតេស្តដំណាក់កាល៖ កំណត់ដំណាក់កាលដែលមាននៅក្នុងសម្ភារៈ។
– ភាពតានតឹងដែលនៅសេសសល់៖ ការវិភាគភាពតានតឹងដែលមាននៅក្នុងសម្ភារៈ ដែលអាចប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការមេកានិចរបស់វា។
XRD គឺចាំបាច់សម្រាប់ការវិភាគសម្ភារៈពហុគ្រីស្តាលីន ហើយវាគឺជាវិធីសាស្ត្រមិនបំផ្លិចបំផ្លាញដែលផ្តល់ព័ត៌មានលម្អិតអំពីលក្ខខណ្ឌរចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុងនៃសម្ភារៈ។
៤. ការឌីផ្រាក់ស្យុងបញ្ច្រាសអេឡិចត្រុង (EBSD)
EBSD គឺជាបច្ចេកទេសមួយដែលប្រើរួមគ្នាជាមួយ SEM ដើម្បីទទួលបានព័ត៌មានអំពីទិសដៅគ្រីស្តាល់នៅមាត្រដ្ឋានមីក្រូន។ តាមរយៈការវិភាគលំនាំឌីផ្រាក់ស្យុងអេឡិចត្រុងដែលរាយប៉ាយខាងក្រោយ EBSD អាចផ្តល់ព័ត៌មានដូចខាងក្រោម៖
– ទិសដៅគ្រាប់ធញ្ញជាតិ៖ ការចែកចាយទិសដៅនៃគ្រាប់ធញ្ញជាតិទាំងអស់នៅក្នុងតំបន់សង្កេត។
– ព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ៖ ប្រភេទ និងថាមពលនៃព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ។
– វាយនភាព៖ ការតំរង់ទិសគ្រីស្តាល់មានច្រើនជាងនៅក្នុងវត្ថុធាតុពហុគ្រីស្តាល់។
EBSD មានប្រយោជន៍ខ្លាំងណាស់នៅក្នុងការវិភាគសម្ភារៈដែលឆ្លងកាត់ការខូចទ្រង់ទ្រាយប្លាស្ទិក ដំណើរការបង្កើតគ្រីស្តាល់ឡើងវិញ និងការបង្កើតវាយនភាពក្នុងដំណើរការរឹងដែក។
៥. ការថតរូបភាពដោយប្រើឧបករណ៍ Atomic Probe Tomography (APT)
APT គឺជាបច្ចេកវិទ្យាទំនើបមួយដែលអាចឱ្យមានការសង្កេតបីវិមាត្រនៅមាត្រដ្ឋានអាតូម។ បច្ចេកទេសនេះប្រើដែនអគ្គិសនីដ៏មានអានុភាពមួយដើម្បីធ្វើឱ្យអាតូមហួតចេញពីចុងម្ជុល ultratip ដែលរៀបចំពីគំរូ។ បន្ទាប់មកអាតូមអ៊ីយ៉ូដត្រូវបានប្រមូល និងវិភាគទៅតាមពេលវេលាហោះហើររបស់វា ដែលផ្តល់ព័ត៌មានអំពីអត្តសញ្ញាណ និងទីតាំងរបស់វា។ ការប្រើប្រាស់ APT រួមមាន៖
– សមាសធាតុគីមី៖ ការវិភាគអាតូមដោយអាតូមក្នុងភាពត្រឹមត្រូវកម្រិតអនុណាណូម៉ែត្រ។
– ការចែកចាយដំណាក់កាល៖ គូសផែនទីការចែកចាយលំហនៃធាតុនៅមាត្រដ្ឋានអាតូម។
– មីក្រូស្ត្រុកទ័រ 3D៖ ការយល់ដឹងយ៉ាងទូលំទូលាយអំពីមីក្រូស្ត្រុកទ័របីវិមាត្រ។
ទោះបីជា APT ផ្តល់នូវគុណភាពបង្ហាញលំហដែលមិនអាចប្រៀបផ្ទឹមបានក៏ដោយ ឧបករណ៍នេះមានតម្លៃថ្លៃ ហើយតម្រូវឱ្យមានគ្រឿងបរិក្ខារ និងជំនាញឯកទេស។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ការវិភាគមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធគឺជាទិដ្ឋភាពសំខាន់មួយនៃលោហធាតុ ដែលអាចឱ្យយើងយល់ និងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពលក្ខណៈសម្បត្តិនៃវត្ថុធាតុលោហធាតុ។ វិធីសាស្រ្តផ្សេងៗ ចាប់ពីមីក្រូទស្សន៍អុបទិករហូតដល់បច្ចេកវិទ្យាទំនើបដូចជា APT ផ្តល់នូវទស្សនៈចម្រុះសម្រាប់ការសង្កេតមើលមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធ។ វិធីសាស្រ្តនីមួយៗមានគុណសម្បត្តិ និងដែនកំណត់រៀងៗខ្លួន ហើយការជ្រើសរើសបច្ចេកទេសត្រឹមត្រូវអាស្រ័យទៅលើបញ្ហាជាក់លាក់ដែលកំពុងកើតមាន និងកម្រិតលម្អិតដែលចង់បាន។ តាមរយៈការយល់ដឹង និងការអនុវត្តវិធីសាស្រ្តទាំងនេះ យើងអាចរចនា ដំណើរការ និងអនុវត្តវត្ថុធាតុលោហធាតុបានកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាពចំពោះកម្មវិធីឧស្សាហកម្មផ្សេងៗ។
តាមរយៈការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាវិភាគមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធ ការច្នៃប្រឌិតថ្មីលើវត្ថុធាតុលោហៈអាចសម្រេចបាន ដោយហេតុនេះរួមចំណែកយ៉ាងសំខាន់ដល់ការរីកចម្រើននៃបច្ចេកវិទ្យាវត្ថុធាតុ និងបង្កើនគុណភាពផលិតផល។
