உலோகவியலில் நுண்ணமைப்பு பகுப்பாய்வு முறைகள்

உலோகவியலில் நுண்ணமைப்பு பகுப்பாய்வு முறைகள்

உலோகவியல் துறையில், உலோகப் பொருட்களின் இயந்திரவியல் மற்றும் செயல்பாட்டுப் பண்புகளை மேம்படுத்துவதற்கு, அவற்றின் நுண்ணமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது அவசியமாகும். நுண்ணமைப்பு என்பது உலோகங்கள் அல்லது கலப்புலோகங்களில் உள்ள தானிய அமைப்பு, கட்டங்கள், மற்றும் பல்வேறு தனிமங்களின் பரவல் மற்றும் கலவை ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. நுண்ணமைப்பு பற்றிய அறிவு, ஒரு பொருளின் வலிமை, கடினத்தன்மை, உறுதித்தன்மை மற்றும் நீளும் தன்மை ஆகியவற்றின் விரிவான கண்ணோட்டத்தை வழங்குகிறது. எனவே, உலோகவியலில் நுண்ணமைப்புப் பகுப்பாய்வு முறைகள் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கின்றன. இந்தக் கட்டுரை, உலோகவியலில் நுண்ணமைப்பைப் பகுப்பாய்வு செய்யப் பயன்படுத்தப்படும் பல்வேறு நுட்பங்கள் மற்றும் முறைகளைப் பற்றி விவாதிக்கும்.

1. ஒளியியல் நுண்ணோக்கியியல்

ஒளி நுண்ணோக்கி என்றும் அழைக்கப்படும் ஒளியியல் நுண்ணோக்கியியல், நுண் கட்டமைப்புகளை உற்றுநோக்குவதற்கான மிகவும் பொதுவான முறைகளில் ஒன்றாகும். இந்த நுட்பம், ஒரு பொருளின் பிம்பத்தைப் பெரிதாக்குவதற்காக, ஒரு வில்லை வழியாகக் குவிக்கப்படும் ஒளிக்கற்றையைப் பயன்படுத்துகிறது. ஒளியியல் நுண்ணோக்கியைக் கொண்டு உற்றுநோக்குவதற்கு முன்பு பின்பற்றப்பட வேண்டிய பல படிகள் உள்ளன, அவையாவன:

– மாதிரி தயாரிப்பு: இந்தக் கட்டத்தில், மென்மையான மற்றும் கீறல்களற்ற மேற்பரப்பைப் பெறுவதற்காக, மாதிரியின் மேற்பரப்பை வெட்டுதல், பொருத்துதல், தேய்த்தல் மற்றும் மெருகூட்டுதல் ஆகியவை அடங்கும்.
– அரித்தல்: மெருகூட்டிய பிறகு, மாதிரியானது பொதுவாக ஒரு குறிப்பிட்ட இரசாயனக் கரைசலைப் பயன்படுத்தி அரிக்கப்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறையின் நோக்கம், பொருளின் தானிய எல்லைகளையும் அதில் உள்ள பல்வேறு கட்டங்களையும் தெளிவுபடுத்துவதாகும்.

ஒளியியல் நுண்ணோக்கியானது, துகள்களின் அளவு மற்றும் வடிவம், துகள்களின் பரவல் மற்றும் திசைவமைப்பு, மற்றும் நுண்துளைகள் அல்லது உட்பொருட்கள் போன்ற சில நுண்ணமைப்பு குறைபாடுகளை உற்றுநோக்க நமக்கு உதவுகிறது. ஒளியியல் நுண்ணோக்கியின் வரம்பானது அதன் அதிகபட்சத் பிரிதிறன் ஆகும், இது சுமார் 0.2 மைக்ரோமீட்டர்கள் மட்டுமே.

2. எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியியல்

ஒளியியல் நுண்ணோக்கியானது கண்ணுக்குப் புலப்படும் ஒளியின் அலைநீளத்தால் வரையறுக்கப்பட்டுள்ள நிலையில், எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியானது மிகக் குறுகிய அலைநீளங்களைக் கொண்ட எலக்ட்ரான் கற்றைகளைப் பயன்படுத்துவதால், மிக அதிகத் தெளிவுத்திறனை வழங்குகிறது. உலோகவியல் ஆய்வுகளில் இரண்டு வகையான எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

அ. ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (SEM)

SEM ஆனது, ஒரு மாதிரியின் மேற்பரப்பை ஸ்கேன் செய்யும் எலக்ட்ரான் கற்றையை அனுப்புவதன் மூலம் செயல்படுகிறது. மேற்பரப்பில் உள்ள அணுக்களுடன் எலக்ட்ரான்கள் இடைவினை புரிவதால், இரண்டாம் நிலை எலக்ட்ரான்கள், பின்சிதறிய எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் சிறப்பியல்பு எக்ஸ்-கதிர்கள் போன்ற சமிக்ஞைகள் உருவாகின்றன. பின்னர் இவை பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டு, அந்தப் பொருளின் மேற்பரப்பின் ஒரு பிம்பம் உருவாக்கப்படுகிறது. SEM-இன் நன்மைகள் பின்வருமாறு:

– உயர் தெளிவுத்திறன்: பல நானோமீட்டர்கள் வரையிலான தெளிவுத்திறனை அடையும் திறன் கொண்டது.
– அதிக குவிய ஆழம்: கூர்மையான வடிவ வேறுபாடுகளைக் கொண்ட மேற்பரப்புகளைக் கவனிக்க உதவுகிறது.
– வேதியியல் கலவை: ஆற்றல் சிதறல் எக்ஸ்-கதிர் நிறமாலையியல் (EDS) போன்ற கூடுதல் அம்சங்களுடன், SEM ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியில் உள்ள வேதியியல் கலவையைப் பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும்.

b. டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (TEM)

மேற்பரப்புகளை ஸ்கேன் செய்யும் SEM-ஐப் போலல்லாமல், TEM மிகவும் மெல்லிய மாதிரியின் வழியே ஒரு எலக்ட்ரான் கற்றையைச் செலுத்துவதன் மூலம் செயல்படுகிறது. TEM, அணுத் தெளிவுத்திறன் வரை உள் கட்டமைப்புகளைப் பற்றிய விரிவான தகவல்களை வழங்க முடியும். இந்த நுட்பம் குறிப்பாகப் பின்வருவனவற்றிற்குப் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது:

– படிக அமைப்பு: அணுக்களின் ஒழுங்கமைப்பு மற்றும் எலக்ட்ரான் விளிம்பு விளைவு பற்றிய விரிவான தகவல்களை வழங்குகிறது.
– படிகக் குறைபாடுகள்: இடப்பெயர்வுகள், தானிய எல்லைகள் மற்றும் வீழ்படிவுத் துகள்களைக் கண்டறிதல்.

இருப்பினும், TEM மாதிரி தயாரிப்பு மிகவும் சிக்கலானது மற்றும் பொருத்தமான மாதிரி தடிமனை உறுதிப்படுத்த அதிக துல்லியம் தேவைப்படுகிறது, இது பொதுவாக 50-100 நானோமீட்டர் வரம்பில் இருக்கும்.

3. எக்ஸ்-கதிர் விளிம்பு விளைவு (XRD)

XRD என்பது ஒரு பொருளின் படிக அமைப்பைத் தீர்மானிக்கப் பயன்படும் ஒரு பகுப்பாய்வு நுட்பமாகும். இந்த நுட்பம், ஒரு படிகக் கட்டமைப்பின் வழியே செல்லும் எக்ஸ்-கதிர்களின் விளிம்பு விளைவுக் கொள்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. இதன் விளைவாக ஏற்படும் விளிம்பு விளைவின் கோணம் மற்றும் செறிவை அளவிடுவதன் மூலம், நாம் பல விஷயங்களைத் தீர்மானிக்க முடியும், அவற்றுள் சில:

– படிக அமைப்பு: படிகக் கட்டமைப்பின் வகை, அதன் அளவுருக்கள் மற்றும் அதன் திசைநோக்கு.
– கட்டச் சோதனை: பொருளிலுள்ள கட்டங்களைக் கண்டறியவும்.
– எஞ்சிய தகைவு: ஒரு பொருளின் இயந்திரவியல் செயல்திறனைப் பாதிக்கக்கூடிய, அதில் உள்ள தகைவுகளைப் பற்றிய பகுப்பாய்வு.

பல்படிகப் பொருட்களைப் பகுப்பாய்வு செய்வதற்கு XRD இன்றியமையாதது. மேலும் இது, பொருளின் உள் கட்டமைப்பு நிலைமைகள் குறித்த விரிவான தகவல்களை வழங்கும் ஒரு சேதப்படுத்தாத முறையாகும்.

4. எலக்ட்ரான் பின்சிதறல் விளிம்பு விளைவு (EBSD)

EBSD என்பது மைக்ரான் அளவில் படிக நோக்குநிலை பற்றிய தகவல்களைப் பெறுவதற்காக SEM உடன் இணைந்து பயன்படுத்தப்படும் ஒரு நுட்பமாகும். பின்சிதறிய எலக்ட்ரான் விளிம்புப் பிரதிபலிப்பு வடிவங்களின் பகுப்பாய்வின் மூலம், EBSD பின்வரும் தகவல்களை வழங்க முடியும்:

– துகள் திசையமைவு: கண்காணிப்புப் பகுதியில் உள்ள அனைத்துத் துகள்களின் திசையமைவுப் பரவல்.
– தானிய எல்லை: தானிய எல்லையின் வகை மற்றும் ஆற்றல்.
– அமைப்பு: பலபடிகப் பொருட்களில் படிகவியல் நோக்குநிலை அதிகமாக உள்ளது.

நெகிழ்வு உருமாற்றம், மறுபடிகமாக்கல் செயல்முறைகள் மற்றும் உலோகக் கடினப்படுத்தும் செயல்முறைகளில் ஏற்படும் இழையமைப்பு உருவாக்கம் ஆகியவற்றுக்கு உட்படும் பொருட்களின் பகுப்பாய்வில் EBSD மிகவும் பயனுள்ளதாக உள்ளது.

5. அணு ஆய்வு டோமோகிராபி (APT)

APT என்பது அணு அளவில் முப்பரிமாணக் கண்காணிப்பைச் சாத்தியமாக்கும் ஒரு அதிநவீன தொழில்நுட்பமாகும். இந்த நுட்பம், ஒரு மாதிரியிலிருந்து தயாரிக்கப்பட்ட மிக நுனி ஊசியின் முனையிலிருந்து அணுக்களை ஆவியாக்குவதற்கு ஒரு சக்திவாய்ந்த மின்புலத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. அயனியாக்கப்பட்ட அணுக்கள் பின்னர் சேகரிக்கப்பட்டு, அவற்றின் பயண நேரத்தின்படி பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகின்றன. இது அவற்றின் அடையாளம் மற்றும் இருப்பிடம் பற்றிய தகவல்களை வழங்குகிறது. APT-யின் பயன்பாடுகள் பின்வருமாறு:

– வேதியியல் இயைபு: நானோமீட்டருக்கும் குறைவான துல்லியத்தில் அணுவுக்கு அணுவான பகுப்பாய்வு.
– நிலைப் பரவல்: அணு அளவில் தனிமங்களின் இடஞ்சார்ந்த பரவலை வரைபடமாக்குகிறது.
– முப்பரிமாண நுண்கட்டமைப்பு: முப்பரிமாண நுண்கட்டமைப்பு பற்றிய ஒரு முழுமையான புரிதல்.

APT ஈடு இணையற்ற இடஞ்சார்ந்த தெளிவுத்திறனை வழங்கினாலும், இந்த உபகரணம் விலை உயர்ந்தது மற்றும் இதற்குச் சிறப்பு வசதிகளும் திறன்களும் தேவைப்படுகின்றன.

முடிவுரை

நுண் கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்வு என்பது உலோகவியலின் ஒரு முக்கிய அம்சமாகும். இது உலோகப் பொருட்களின் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்ளவும் அவற்றை மேம்படுத்தவும் நமக்கு உதவுகிறது. ஒளியியல் நுண்ணோக்கி முதல் APT போன்ற மேம்பட்ட தொழில்நுட்பங்கள் வரையிலான பல்வேறு முறைகள், நுண் கட்டமைப்பைக் காண்பதற்குப் பலதரப்பட்ட கண்ணோட்டங்களை வழங்குகின்றன. ஒவ்வொரு முறைக்கும் அதற்கே உரிய நன்மைகளும் வரம்புகளும் உள்ளன. சரியான நுட்பத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பது என்பது, பெரும்பாலும் கையிலுள்ள குறிப்பிட்ட சிக்கலையும் விரும்பப்படும் விவர அளவையும் பொறுத்தே அமைகிறது. இந்த முறைகளைப் புரிந்துகொண்டு செயல்படுத்துவதன் மூலம், நாம் உலோகப் பொருட்களை மிகவும் திறம்பட வடிவமைத்து, பதப்படுத்தி, பல்வேறு தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்த முடியும்.

நுண் கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்வுத் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், உலோகப் பொருட்களில் புதுமைகளைப் புகுத்த முடியும். இதன்மூலம், பொருள் தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றத்திற்கும், உற்பத்திப் பொருட்களின் தரத்தை மேம்படுத்துவதற்கும் இது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பை வழங்குகிறது.