一级复型与二级复型

一级复型方法有三种：塑料、碳和氧化物复型。氧化物复型主要用于铝和铝合金，在电解减薄金属方法成熟之后已很少应用，故不加讨论。

17.3.1 塑料一级复型

塑料一级复型是最简单的一种表面复型，是用预先配制好的塑料溶液在已浸蚀好的金相试样上直接浇铸而成的。表17-1给出几种常用的塑料一级复型材料及其浓度。塑料一级复型的具体制备方法如下。

表17-1 常用的塑料一级复型材料及其浓度

（1）用液管在金相试样表面放一滴塑料溶液，用清洁玻璃棒轻轻地将其刮平，静置、干燥后形成厚度约100nm的塑料薄膜。其浮雕与金相试样表面正好相反，这种复型又叫负复型。

（3）对已干燥的塑料表面呵一口气，使之稍湿润，把贴有样品铜网的胶纸平整地压贴上去，利用胶纸的黏性把塑料一级复型从金相试样表面干剥下来，如图17-5所示。

（4）用针尖或小刀在铜网边缘划一圈，将塑料薄膜划开，再用镊子把样品铜网连同贴附在它上面的塑料一级复型取下，即可放到透射电子显微镜中去观察。

塑料一级复型制备成败的关键在于能否顺利地将复型从金相样品表面上剥离下来，有时为了防止塑料膜的破裂，常采用背膜增强方法。例如，在Formvar复型膜干燥后，再在其上浇铸一层较厚的Collodion膜，后者可适当提高浓度。当复合膜从金相试样表面剥离下来后，剪成略小于样品铜网的小方块，放在醋酸戊酯中把Collodion背膜溶解掉，最后用样品铜网把Formvar一级复型捞起，仔细地把它放在滤纸上，把水吸下即成。图17-6显示了用Formvar一级复型获得的珠光体组织的形貌。

图17-5 塑料一级复型干剥方法

1—纸片；2—样品铜网；3—透明胶纸；

4—塑料一级复型；5—金相试样

图17-6 珠光体组织的塑料一级复型电子像

17.3.2 碳一级复型

由于塑料一级复型分辨率较低和耐电子束照射性较差，常常不能满足研究需要，此时可以采用碳一级复型（又称直接碳复型）。它是对已制备好的金相试样表面直接蒸发沉积碳膜制成的，蒸发碳膜的物质是光谱纯碳。具体制备方法如下：

（1）在真空镀膜装置中，如图17-7（a）所示，以垂直的方向在已浸蚀好的金相试样表面上直接蒸发沉积一层厚度约数十纳米的碳膜（简称喷碳）。蒸发沉积碳膜的厚度，由放在金相试样旁边的乳白色瓷片（或玻璃片）表面在喷碳前后颜色的变化来估计，一般认为变成浅棕色为宜。

图17-7 碳一级复型制备及其图像衬度

（2）用针尖或小刀把喷过碳的金相试样表面划成略小于样品铜网的小方格，然后浸入适当的化学试剂中做第二次浸蚀或电解抛光，使碳膜与金相试样表面分离。对于金属来说，原则上任一适用于金属电解抛光的电解液都能使碳膜成功地与样品表面分离。例如，对于普通的碳钢或合金钢，可采用10%硝酸酒精溶液、10～15m A／mm2电流密度电解抛光15s左右使碳膜分离，然后放到浓度为30%～40%的硝酸中洗涤10min左右，再用蒸馏水洗涤约5min。

（3）用样品铜网将碳复型捞起烘干即可放到透射电子显微镜中观察。

由于垂直蒸发沉积的碳粒子几乎以均等的概率蒸发到金相试样表面上，同时不像塑料液体有流动性，因此所得的碳膜厚度基本上是均匀的，如图17-7（b）所示。碳一级复型与塑料一级复型在这点上的不同，就决定了它们在显示试样表面浮雕方式的不同。图17-8是K-3镍基高温合金中σ相的碳一级复型图像。

图17-8 K 3镍基高温合金中σ相的碳一级复型图像

在所有复型中，碳一级复型具有最高的分辨率，而且在电子束照射下比较稳定。但是，其制备方法比较麻烦，尤其是需要用化学或电化学方法来分离碳膜，破坏了金相试样的原始表面，如果控制不当还会使碳膜破碎，所以在分辨率要求不高的情况下，宁可采用塑料一级复型或塑料 碳二级复型，后者还兼有制备简单和耐电子束照射等特点。

17.3.3 塑料 碳二级复型

塑料 碳二级复型是目前最常用的复型方法之一，它兼有塑料一级复型和碳一级复型的某些优点。在材料研究领域内，它主要应用于金相组织和断口形貌的观察，尤其对断口样品，它比一级复型有更多的应用。具体制备方法如下：

（1）在经过浸蚀的金相试样（或不需浸蚀的断口试样）表面上滴一、二滴丙酮（或醋酸甲酯），然后贴上一小块醋酸纤维薄膜（简称A，C纸，厚度约30～80μm。），如图17-9（a）所示。注意不要留下气泡和折皱。如果表面粗糙（如断口试样），可以在溶剂完全蒸发之前用软橡皮适当加压，静置片刻后，在热灯泡下烘一刻钟左右使之干燥。

（2）小心地揭下已经干燥的塑料复型（即第一级复型），剪去周围多余的部分，然后将复制面朝上平整地贴在衬有纸片的胶纸上，如图17-9（b）所示。

（3）将固定好的塑料复型放在真空镀膜装置中，先以倾斜方向“投影”重金属，再以垂直方向喷碳（即第二级复型），如图17-9（b）所示。膜厚也以乳白色瓷片表面颜色变化来估计，一般认为变成浅棕色为宜。结果得到两级复型叠在一起的“复合复型”。由于第一级复型较厚，约30～80μm，对电子不透明，需要将其溶解掉。

图17-9 塑料-碳二级复型的制备步骤

（4）把复合复型剪成略小于样品铜网的小方块，将生物切片石蜡（注意石蜡熔点在42℃左右为宜）溶化后滴在小玻璃片上，然后将小方块一边喷碳一边贴在烘热的小玻璃片的石蜡上。待玻璃片冷却和石蜡凝固后，放到盛有两碗酮或醋酸甲酯的有磨口盖的容器中，如图17-9（d）所示，将第一级复型慢慢溶解。为了加速第一级复型和石蜡的溶解，可放在烘箱或水浴内加热至高于石蜡熔点、低于丙酮（或醋酸甲酯）沸点的温度，55℃左右，保温15～20min。第一级复型和石蜡溶解后，第二级复型就漂浮在丙酮溶液中。

（5）用铜网布制成的小勺把第二级复型转移到清洁的丙酮中洗涤（也可适当加热，保温15min）；最后转移到蒸馏水中，依靠水的表面张力使第二级复型平展并漂浮在水面上，再用摄子夹住样品铜网把第二级复型捞起来（见图17-10（e）），放到滤纸上，干燥后即可供观察。

塑料-碳二级复型的最大优点在于制备过程中不破坏金相试样原始表面，必要时可重复制备；由于第一级复型用较厚的塑料膜来制备，即使对粗糙的断口样品，剥离也比较容易，膜也不易损坏；供观察的第二级复型是碳膜，故导热导电性好，在电子束照射下较为稳定。图17-10是K-3铜基高温合金中σ相的二级复型电子像。

在塑料-碳二级复型的第一级复型上进行重金属“投影”，这样，除了大大提高复型图像的衬度外，还可借助它判别样品表面凹凸的情况，这对显微组织的分析是十分重要的。为了由复型图像判别样品表面的凹凸，首先必须正确辨认投影方向，通常，“白亮影子”尾部呈不规则锯齿状；如在复型上有明显的污物粒子，则影子总在粒子的后部。通过投影判别凹凸的方法如下：顺着投影方向看，投影金属堆积造成的暗区域在前，影子在轮廓线的后部，表明该部分在原始金相（或断口）样品表面是凹下去的；反之，若影子在前，堆积暗区在后，样品表面则是凸起来的。由此可见，投影方向的判别是最重要的，方向判别错了，样品表面的凹凸判别也错了。有时在一张照片上，投影方向不能判别，上述方法就失效了。但如果某部分的轮廓线很清楚，则不需要知道投影方向只要根据“白亮影子”是在轮廓线外还是在内，就可确定；如果影子在轮廓线内，则该部分对应的原始样品表面是凸的，反之是凹的。这种情况与自然光照射到凹凸物上的情况正好相反，其原因是因为投影是在“负复型”上进行的。由此可知，图17-10中的σ相在样品上是凸的；而在图17-8中σ相的碳一级复型像则不能鉴别其凹凸。

图17-10 K 3镍基合金中σ相的二级复型电子像