超大试样室扫描电子显微镜MIRA ( LC-SEM )

超大试样室扫描电子显微镜MIRA ( LC-SEM )

    来自德国的“MIRA超大试样室扫描电镜（LC-SEM）”作为世界上最大的扫描电子显微镜，自从推出后，已在航空、航天及材料科学中得到了广泛应用。LC-SEM可以同时装备多种探测设备（背散射电子成像、EDS、EBSD、FIB、FT-IR）来满足不同的需求。不仅可以检查大型零部件的物理特性，还可以评价原材料的化学和结晶体特性。几乎对任何样本都可实现非常准确的，直到在分子层面的一站式检查和分析。

   使用通常扫描电子显微镜时，面临最大困难之一是被测样品的大小限制，通常情况下，只能对直径在数十到一百毫米内小的样本进行研究且只有一两种关联的分析工具，这限制了这一重要测试技术的应用。LC-SEM克服了这一点，其超大真空室和光学系统扩展视图功能最大可容纳直径与高度分别达1.5米，重300kg的样品，分辨率优于10纳米，放大倍数10倍-30万倍，真空度10-6毫巴，加速电压30kv。从一粒沙子到一个柴油发动机大小的样品，不必切小，仅用一台仪器就可以做全面的检查。其足够大的空间还可进行原位观察，实现零部件疲劳、应力/应变、磨损等非破坏性试验研究。

          

LC-SEM 真空室和真空系统

LC-SEM试样室有 3 m³、9 m³、12 m³ 三种型号，分析试样最大可高达：直径1500毫米、高度1500毫米。真空系统装配有强大的三个泵：旋片和转子泵应用于低真空，涡轮增压泵应用于高真空，可实现10 ^-6 mbar的高真空。该系统有足够的能力，除去腔室中试样的气体，在45分钟内便可以实现所需的真空度。设置有多层墙体保证了不受任何外部磁场的影响。

  

独特的定位系统

当一个人观察一个小的对象时，会在手中扭转对象，人眼-可视化系统是固定的。当观察一个更大的物体时，人会在物体周围左右移动，以便完全观察它。第一种情况是类似于标准SEM的情况，而后者则反映了LC-SEM的情况。    LC -SEM 配备了专利定位系统，配备有一个5 +1旋转轴系统，电子qiang、相机和各种探测器都悬挂在旋转轴上，最初是利用远程控制来调整轴的角度和高度，使柱体的第一位置相对迅速接近样品的重点区域，再通过计算机控制移动电子qiang和探测器以及完整的光学系统，可以满足从不同角度的视角观察。在研究过程中，还可以进行修改以便优化信号接收。并且还可以移动试样，这样极大地减少了试样装载次数。

四个电脑显示器通过探测器跟踪柱和样品的运动以及观察试样表面特性和分析化学信息，软件、电气和机械接口通过一个单一的终端控制。

成像和分析系统

      通过装备高级电子qiang，LC-SEM有能力提供高于10nm的分辨率和高达30万倍的图像放大能力，加上强大的二次反射电镜的通道倍增探测器，整个系统通过多个运行系统保证图像的质量。阻尼系统可以防止外部振动影响系统，同时电子qiang和探测器有一个创新的冷却循环系统。LC-SEM和它的所有部件都采用100％的计算机控制，其系统全部使用Microsoft Windows ®的软件设计。

通过分析系统的集成，在腔室的真空环境下，通过背散射电子成像，能量发散X射线光谱仪（EDS）和电子背散射衍射系统（EBSD），LC-SEM拥有生成完整的测试结果的能力。LC-SEM也可以配置聚焦离子束（FIB）和傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）实现其扩展功能。LC-SEM的可变压力方式还可以让工程师和科学家做传导和绝缘样本的临界面特性研究，包括金属、陶瓷、水泥和金属间化合物。     

原位观测、分析

      除了研究大样本，LC–SEM还可应用于在材料的变形行为的原位观测以及在微系统技术领域生产过程的现场观测控制中。LC–SEM也可以通过“中断监控”实现较大的工程部件的无损检测实验。例如，测试高压泵的高负荷部件的摩擦特性，可以通过进行中断监控来研究。这些部件在正常工作一段时期后，可在LC-SEM中观察研究，之后可以再立即工作，从而得到不同使用阶段的摩擦特性。这种监测系统的方式将打开一个全新的、广阔的工程应用领域，使得我们能够获得更直接、更详细的对磨合和破坏过程的了解。   

LC-SEM腔室内的疲劳试验

    为了满足评估原位变形特性研究的需要，将一个机械液压疲劳试验机融入到了腔室中，可以在LC-SEM中执行疲劳测试。 

在这种联合测试中，不仅能确定材料过载临界点，而且裂纹的生成与扩展也能被观察和研究，晶体材料的特性能在执行疲劳试验后进行研究，由此显微镜转换成了一个完整的测试设备，能提供完整的测试结果。该系统能使研究人员记录材料裂纹聚集之前的结构变化，同时能够观察微观结构对初期裂纹形成与扩展的影响。该系统还设计有一个节点控制机制，允许感兴趣的点始终留在视野当中。本机的优异的稳定性，能够极大地改善疲劳、开裂现象的原位研究。 

应用行业l  汽车 l  航空、航天 l  军事与国防 l  文化与考古 l  半导体和电子元件   l  医药与生物材料 l  法医学 l  材料科学

应用领域l  无损检测 l  原位分析 l  故障分析 l  高精密小型生产、装配控制 l  科学研究与产品开发

LC-SEM全球用户

德国不来梅大学   Universität Bremen德国汉诺威大学   Umiversitat Hannover德国亚琛工业大学  RWTH Aachen University德国埃尔兰根—纽伦堡大学  Friedrich-Alexanqder-Universität Erlangen-Nûrnberg德国多特蒙德工业大学  TU Dortmund德国不伦瑞克工业大学  Technische Universität  Braunschweig日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）美国NOVA无损检测中心  设在美国西肯塔基大学 Nondestructive Analysis (NOVA) Center   美国能源部国家核安全管理局的机构   Y-12 National Security Complex美国空军装备部 延克空军基地材料实验室   Tinker AFB Materials Laboratory

MIRA超大试样室扫描电镜（LC-SEM）技术规格参数

电子光学
分辨率	优于10纳米
放大	10x–300,000x
加速电压	0.2–30keV
探测器	二次反射通道倍增电子探测器 四象限背散射电子探测器
分析能力	能量色散X射线光谱仪（EDS）
	电子背散射衍射仪（EBSD）
附加功能	聚焦离子束（FIB）
	傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）
	内部摄像系统
图像处理
软件	MIRA控制系统
硬件	电脑，显示器和打印机
真空系统
低真空泵	旋片泵，65立方米/ h
	旋转式转子泵，400立方米/小时
高真空泵	涡轮泵2400升/秒
极限真空	直至45分钟后10 -6毫巴
真空室	3 m3;9 m3; 12 m3

标本
最大尺寸	高达直径1500毫米，高度1500毫米
最大质量	300 kg,
定位系统
轴	5 +1微步控制轴系统
重复精度	±50 μm
定位范围
X-轴	600mm,1000mm,1500mm
Z-轴	600mm,1000mm,1500mm
A-轴	90°
B-轴	135°
C-轴	360°
D-轴	350°

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