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值得一看的镶嵌树脂的选用指南 日期:2020.05.25

金相分析一般是针对截面进行显微观测,切割之后的样品多半是不规则的形状,不便夹持磨样,所以绝大多数的切割样品需要镶嵌成为标准尺寸的形状。镶嵌其实就是在固定的膜腔内把切割样品用液态树脂填埋包覆,液态树脂固化后脱模,就形成标准外形的镶嵌样品。

 

按照操作温度来说,有冷镶嵌和热镶嵌两种,冷镶嵌其实就是采用室温时呈现液态的树脂,加入固化剂,然后浇入塑胶模具中,然后发生交联固化的过程;冷镶多用于一些热敏感和压力敏感的样品。而热镶嵌则是以室温呈现固态的树脂颗粒,填埋入模具内,加热至液态,在加压后紧密包覆样品,固化后脱模。热镶嵌则多用于耐热耐压的固体材料。

 

大多数金属材料采用热镶嵌的方式来制样,以热镶嵌树脂作为填埋粉料。热镶嵌树脂多数为酚醛树脂的颗粒料,按照增强材料的不同其功能也不同。

 

热镶嵌树脂大致可以分为三类:

1. 通用型树脂:

树脂采用常规增强填料,流变性好,硬度适中,也相对比较经济,也是最为常用的热镶嵌树脂。对于硬度低于HRC35的材料比较合适。

2. 保边型树脂:

树脂增强填料为较硬较耐磨的矿物纤维,这种硬度高,耐磨性好,可以与较硬的样品在磨抛时实现较好的材料同步去除,有效避免边缘地方圆弧化,可在相同景深下聚焦观察。但是这种树脂的流变性相对较差,镶嵌时需要20MPa以上的压力才能实现紧密填充,通常液压式镶嵌机,普通的手摇式和气动镶嵌机就压紧力不足。

3. 功能性树脂

顾名思义,就是指有特殊需求的树脂,例如导电需求,透明需求等。所以这种功能性树脂需要专门的材料和合成工艺,具体就看具体应用高要求和供应商的产品能力了。

 

镶嵌树脂是样品的包覆支撑体,只有良好的镶嵌样才能保证后期的磨抛效果,进而影响金相分析,所以镶嵌树脂的品质至关重要。从技术层面来说,这几种树脂的合成工艺都并非高科技,也在其他行业大面积使用。但是用心做出金相专用树脂也并非易事,需要厂家深刻理解金相的应用需求,关注性能细节。举几个例子:

1. 物料的形貌

镶嵌料是树脂和增强料的合成物,很多厂商提供廉价的粉面镶嵌料,很细的粉面在加注时容易起尘,操作员长期镶样吸入会损害健康;而高品质的镶嵌料则是颗粒状,大大降低扬尘风险。


 

 

2. 物料的分散性

优质树脂的填料或增强料应该和树脂充分混炼,分布均匀的增强料才能起到真正的增强效果,特别是对于保边型树脂而言,稳定的材料去除速度需要均匀的纤维分布。下图就是保边树脂的宏观和显微照片。


 

再来说说冷镶嵌树脂,对于线路板、塑料或有机物等热敏感材料,以及丝线类材料、多孔材料、涂层类材料等压敏感样品都使用冷镶的方法来制样。在液态的树脂内加入固化剂,在硅胶或其他塑胶类的模具内浇注,完成固化后脱模成型,所以冷镶可以不用设备或者简易的真空装置就能完成。

 

冷镶树脂的固化时间长短不同,收缩量与气泡量各异,此外固化后的硬度也有差别。在选择冷镶嵌树脂时也要格外留意。冷镶嵌树脂按照固化特点大体分为一下三类,我们以行业领先的上海川禾公司产品为例:

1. 高透环氧

这是一组固化相对温和的环氧树脂,在2小时内实现80%以上固化。固化过程中产生气泡较少,无需负压装备就能实现样品极佳的透明度,特别适合线路板等可视性要求高的镶嵌。固化收缩微小,硬度较高,对于表层或涂层有重点观测需求的样品非常适合。

 


 

 

2. 闪固环氧

如果对镶嵌时间比较在意的话,可以采用闪固型环氧树脂,在20分钟内可以脱模,固化反应略有激烈,形成少量气泡,并且伴有少量发热温升。

 


 

 

3. 高硬丙烯酸

丙烯酸树脂可以10分钟内快速固化,受环境温度较低,并且样品硬度较高,但是透明度较低。由于丙烯酸树脂的气味浓烈,推荐在通风柜中进行操作。

 


 

对于多孔类的材料,还要辅助真空负压装置达到更好的渗透效果;压力容器中镶嵌还能对气泡进行抑制,进一步提高样品透明度。此外冷镶嵌树脂也还有特殊的外延产品,例如导电性冷镶料等。

 

综合来看,冷镶嵌的树脂选型与具体应用关联很大,正确选型非常重要。遇到具体案例最好咨询专业人员,甚至委托分析。

 

所有的显微分析都是无数细节的累计和结晶,金相分析亦是如此。再不起眼的不良物料都会造成观测缺陷和误导,行业从业人员必须怀揣敬畏之心,追求尽善尽美。