PLATFORMA TECHNIK OBRAZOWANIA I ANALITYKI
DO BADAŃ NAD DZIEDZICTWEM I HISTORIĄ TECHNOLOGII
 

 

 

Platforma technik obrazowania i analityki do badań nad dziedzictwem i historią technologii stanowi zintegrowany system badawczy służący naukowej współpracy interdyscyplinarnej. Infrastruktura jest wyposażona w komplementarne techniki zapewniające synergię w obrazowaniu i analityce metali i stopów, szkła, materiałów ceramicznych, surowców kamiennych oraz depozytów ziemnych. Techniki te są wykorzystywane do identyfikacji, charakterystyki i odtworzenia dawnych elementów technologii.

Platforma jest tworzona w ramach Centrum Badań Nawarstwień Historycznych na Wydziale Odlewnictwa AGH we współpracy z konsorcjum "Polska infrastruktura dla badań nad dziedzictwem kulturowym – ERIHS.PL".

 

Zintegrowany system dzięki modułowej budowie umożliwia szerokie możliwości rozbudowy i łączenia wielu różnych technik obrazowania i analizy w celu uzyskania pełnej informacji zarówno na temat struktury fizycznej, jak również własności chemicznych.

 

 

W skład zintegrowanego systemu obrazowania i analizy własności fizykochemicznych wchodzą:

System obrazowania skaningowego, elektronowego. Analityczny, wysokorozdzielczy system obrazowania elektronowego (SEM) do specjalistycznej charakterystyki materiałów, badań i analizy struktur w skali mikro i nano.

SYSTEM SKANINGOWY TESCAN MIRA GMU jest wyposażone w emiter polowy (Schottky) jako źródło elektronów, dzięki czemu jest odpowiednim narzędziem w aplikacjach wymagających obserwacji niskowymiarowych obiektów oraz wrażliwych struktur, warstw czy materiałów. Zaawansowana konfiguracja optymalizuje funkcje obrazowania i analizy składu chemicznego.

Konfiguracja mikroskopu obejmuje:
- Komorowy detektor elektronów wtórnych (SE) typu Everhart-Thornley, który pozwala uzyskiwać obrazy topograficzne powierzchni próbek.

- Czterokwadrantowy detektor elektronów wstecznie rozproszonych (4Q BSE), który umożliwia uzyskiwanie obrazów w kontraście materiałowym wskazując różnice gęstości poszczególnych obszarów (dostępne wyświetlanie w trybie koloru). Sygnały SE i BSE można uzyskać jednocześnie, aby otrzymać pełną informację na temat własności badanego materiału.

- Optymalne warunki obrazowania i analizy dostępne natychmiast dzięki unikalnej, bezaperturowej konstrukcji kolumny TESCAN wspomaganej przez algorytm In-Flight Beam Tracing ™. Detektory SE i BSE (in-column) umieszczone wewnątrz soczewki obiektywu, umożliwiają poprawę rozdzielczości mikroskopu, a w połączeniu z trybem wyhamowywania wiązki (BDT) poprawiają znacząco jakość obrazów także przy niskich energiach i prądzie wiązki.

- Wysokopróżniowa bardzo duża komora systemu umożliwia pracę zarówno ze standardowymi, jak i bardzo dużymi obiektami, zapewnia badania obiektów bez konieczności pobierania próbki np. obiekty archeologiczne, dzieła sztuki o dużej wartości historycznej lub artystycznej (wymiary komory 335x310x147mm, udźwig stolika 8 kg).

- Tryb zmiennej próżni (SingleVac TM) umożliwiający obserwację zróżnicowanych materiałów, w tym próbek nieprzewodzących w ich naturalnym stanie (bez konieczności wprowadzania warstw przewodzących) z regulacją ciśnienia od 7 do 500 Pa, w powiększeniu elektronowym 2x-1000000x

- Istnieje możliwość obserwacji preparatów lub wykonywania analiz topografii i morfologii powierzchni na dużych obszarach dzięki zastosowaniu unikalnej optyki w technologii Wide Field Optics ™ czyli funkcja zapewniająca operatorowi podgląd próbki SEM na żywo. Wide Field Optics ™ zastępuje tradycyjną kamerę CCD i zapewnia niespotykaną głębię ostrości wraz z obserwacją rzeczywistej topografii próbki, przy powiększeniu elektronowym od 2× bez potrzeby stosowania dodatkowej optycznej kamery nawigacyjnej.

- Obrazowanie elektronowe jest uzupełnione przez tryb obrazowania świetlnego, dzięki czemu możliwe jest odnalezienie specyficznych obszarów próbki o własnościach takich jak kolor czy naturalny połysk niewidocznych dla obrazowania elektronowego.

- Intuicyjne i modułowe oprogramowanie Essence ™
 

UNIKALNA OPTYKA ELEKTRONOWA
 

TESCAN MIRA charakteryzuje się innowacyjną konstrukcją optyki elektronowej, która gwarantuje natychmiastowy i bezproblemowy dobór optymalnych warunków obrazowania lub analizy w razie potrzeby, bez konieczności regulacji mechanicznej elementów kolumny mikroskopu. Mikroskopy MIRA posiadają dodatkową soczewkę kondensora, która pozwala uzyskać mniejszy rozmiar plamki i poprawia rozdzielczość przy wyższych prądach wiązki. Ta wyjątkowa soczewka pośrednia jest kontrolowana przez algorytm śledzenia wiązki podczas lotu (In-Flight Beam TracingTM) co powoduje, że prąd wiązki lub wielkość plamki zadane przez operatora są dokładnie takie jak zadane w momencie lądowania wiązki i jej interakcji z próbką. Jest to szczególnie korzystne w zastosowaniach analitycznych wymagających wysokich prądów wiązki (EDS / EBSD / WDS).

Moduł CORAL zapewniający korelację obrazów mikroskopii świetlnej i elektronowej. Oprogramowanie umożliwia korelację obrazów cyfrowych różnych technik obrazowania, w tym mikroskopii świetlnej i wzajemne ich powiązanie (układ współrzędnych), tak aby możliwe było nakładanie na siebie obrazów tego samego obszaru uzyskanych różnymi technikami obrazowania.

Moduł MountainsSEM umożliwia wizualizację i analizę 3D obrazów elektronowych i z mikroskopii świetlnej. Zawiera moduł szybkiej rekonstrukcji 3D z obrazów typu stereo-para lub z detektorów BSE, 4-kwadrantowych. Tworzenie i optymalizacja efektu 3D dla pojedynczych obrazów, półautomatyczne kolorowanie obrazów, optymalizacja i korekta obrazów oraz narzędzia do analizy i scharakteryzowania własności powierzchni. Moduł analizy profilu metrologicznego (chropowatość / falistość) według ISO 16610, morfologiczne filtry, analiza spektralna 2D, analiza fraktalna, analiza statystyczna serii profili. Niezbędny do badań powłok, pokryć dekoracyjnych, stanu zachowania powierzchni i zniszczeń erozyjnych i korozyjnych.


DOKŁADNA I POWTARZALNA ANALIZA SKŁADU CHEMICZNEGO PRÓBEK (EDS)
 

System mikroanalizy rentgenowskiej EDS, AZtec Live Advanced firmy Oxford Instruments.

Analizator umożliwiający jakościową i ilościową analizę pierwiastkową we wskazanym punkcie lub w zadanym obszarze. Możliwość precyzyjnego pomiaru grubości warstw przy użyciu trybu skanowania liniowego. System daje także możliwość uzyskiwania ilościowych map rozkładu pierwiastków oraz klasyfikacji faz. Analizator pozwala także na tworzenie ‘archiwum zbadanych obiektów’, w którym umieszczone są informacje o kompozycji chemicznej badanych próbek z możliwością odtworzenia składu pierwiastkowego czy fazowego analizowanego detalu po dowolnym czasie – bez konieczności ponownego badania próbki.

System zawiera detektor EDS serii UltimMax 40 o następujących własnościach:
- Powierzchnia aktywna detektora 40 mm2
- Rozdzielczość energetyczna detektora <127 eV.
System zawiera oprogramowanie w wersji Advanced obejmujące:
- Standardowe oprogramowanie do wykonywania analiz w punkcie, wzdłuż zdefiniowanej linii oraz
zbierania map rozkładu pierwiastków.
- Rozszerzenie oprogramowania obejmujące funkcje TrueMap (automatyczna korekcja błędów
widma).
- Rozszerzenie AutoLock, zapewniające korekcję dryftu obszaru analizy.
- Rozszerzenie TrueQuantMap (korekcja ilościowa map i skanów liniowych).
- Rozszerzenie AutoPhaseMap pozwalające na uzyskiwanie map fazowych.

System TESCAN MIRA umożliwia analizę składu chemicznego szerokiego zakresu materiałów, dzięki warunkom wysokiej próżni we wnętrzu komory (10-3 Pa), aby zapewnić wysokiej jakości wyniki analiz EDS. Dzięki regulacji energii wiązki w szerokim zakresie (w sposób ciągły od 200 V do 30 kV) wykrywane są wszystkie pierwiastki, a wyniki analizy ilościowej są powtarzalne i rzeczywiste.


SYSTEM DYFRAKCJI ELEKTRONÓW ODBITYCH (EBSD)
 

System EBSD, AZtecHKL Advanced firmy Oxford Instruments z detektorem Symmetry .

System obejmuje detektor Symmetry oraz oprogramowanie zintegrowane z platformą AZtec EDS. Umożliwia uzyskiwanie map rozkładu orientacji krystalograficznych na wybranej powierzchni próbki, określania faz oraz tworzenie map zintegrowane z EDS.

Przy użyciu techniki EBSD można uzyskać:
 

- wartościowe informacje na temat następujących własności materiałów krystalicznych: orientacja kryształu, kąt dezorientacji, granica ziaren, tekstura globalna i lokalna, frakcje rekrystalizacji/ deformacji, analiza naprężeń i dyslokacji, charakteryzowanie granic międzyziarnowych, identyfikacja faz i dystrybucja faz.
 

Najważniejsze zastosowania techniki EBSD są następujące:
 

- badanie tekstur w związku z odpowiedzią materiału na odkształcenie plastyczne oraz strukturą odlewanych materiałów, badanie wpływu granic międzyziarnowych na korozję oraz rodzaj i charakter pęknięć materiału, mikroskopowe badania tekstury, a w szczególności związku między makroteksturą, a mikrostrukturą, badania rekrystalizacji w metalach i stopach, badania mikrostruktury a w szczególności możliwość uzyskiwania map orientacji, które jednoznacznie pokazują obecność, położenie i wielkość ziaren. Ponadto pomiar dezorientacji granic międzyziarnowych oraz związek rodzaju granic ze zjawiskami takimi jak segregacja, korozja, zmęczenie i odporność na pękanie, badania struktury materiałów geologicznych, pomiar rozkładu naprężeń w materiałach, które uległy deformacji, identyfikacja faz w stopach, szczególnie stopach archeologicznych i stopach modelowych.

URZĄDZENIE DO NANOINDENTACJI I ANALIZY WŁASNOŚCI FIZYCZNYCH POWIERZCHNI
 

System ALEMNIS Nanoindenter pracujące w trybie mikro maszyny wytrzymałościowej z opcją badania twardości, testów zarysowań, testów tribologicznych, rozciągania, ściskania. Zapewnia charakterystykę materiałową różnorodnych tworzyw i warstw tworzyw w zakresie mikroniszczącym. Może działać jako odrębny system w trybie mobilnym.

 

Urządzenie do badań właściwości mechanicznych i indentacji obejmuje:
 

-moduł badań twardości, modułu Younga, energii plastycznej i sprężystej metodą instrumentalną wciskania wgłębnika z możliwością zmiany parametrów obciążenia w trakcie testu, w pełni definiowalne przez użytkownika (łącznie z badaniami dynamicznymi),
 

-moduł testów zarysowań ze zmiennymi parametrami obciążenia w trakcie testu, w pełni definiowalnymi przez użytkownika,
 

-moduł testów tribologicznych w ruchu liniowym, posuwisto-zwrotnym ze zmiennymi parametrami obciążenia, ustawianymi przez użytkownika.

System zapewnia również możliwość testów w trybie mapy indentacji lub mapy zarysowań, wyznaczenie krzywych naprężenie-odkształcenie podczas ściskania mikropilar, granicy plastyczności, wytrzymałość na ściskanie, odporność na kruche pękanie, badania własności lepko-sprężystych i profili głębokościowych zmian właściwości mechanicznych układów wielowarstwowych. Dodatkową zaletą jest oprogramowanie do rejestracji procesów dynamicznych widocznych w oknie skanowania Sampel Observer.