Brevet FR2613834A1 — publié le 19881014

METHODE DE DOSAGE A L'AIDE DU NMO ATOIQUE MOYEN DE PASES CONTENANT UN ELOENT LEIGR A L'ATDE D'UN MICROSCOPE A BALAYAGE ET D'UN AALYSEUR D'IMAGES L'invention concerne une méthode de dosage précise à l'aide de la détermination quantitative du numéro atomique moyen de phases contenant deux éléments légers ou un élément léger associé à des éléments lourds à l'aide d'un microscope à balayage associé à un analyseur d'images de l'intensité des électrons rétrodiffusés. On sait que l'intensité des électrons rétrodiffusés est une fonction croissante du numéro atomique moyen (î) de la cible. Ce phénomène est mis à profit pour obtenir une image dite "électronique" de l'échantillon o le contraste est dû à la variation de Z des phases rencontrées. La mesure quantitative du numéro atomique moyen et par suite de la composition de phases présentes à la surface d'échantillons présentant au moins une partie plane, à l'aide de l'intensité des électrons rétrodiffusés (BSI en langage anglosaxon) en microscopie à balayage, est connue par de nombreuses publications. Nous citerons par exemple : M.D. BALL and D.G. Mc CARTNEY, Journal of Microscopy Vol. 124, p. 11, oct. 1981, p. 57-68 (1) ou N.J. OWEN et al, The Institute of Metals Al-Li alloys III- Oxford- 8-11 juillet 1985, p. 576-583 (2). Cependant, la détermination de ce numéro atomique se heurte à deux difficultés: - malgré toutes les précautions prises, la précision de la mesure reste limitée, en particulier pour les faibles numéros atomiques moyens (Z soit en diamètre (1 Fm dans l'Al d'après (1), p. 62). Il en résulte la difficulté de déterminer le numéro atomique de phases de faibles dimensions (par exemple 26 1 3834 contribution au signal analysé de celui dû à la matrice adjacente aux phases analysées. La méthode selon l'invention pallie ces deux inconvénients. Selon l'invention, la méthode de détermination quantitative du numérc atomique moyen (zl) avec une précision de ± 0,1 unité d'une phase inconnue présente sur la coupe micrographique plane d'un échantillon, comportant soit 2 éléments légers (3 12) et un seul élément léger (3 sur le (ou les) étalon(s) présent(s) dans le champ visualisé. La résolution spatiale est améliorée et atteint 0,5 jm3 et même 0,1 Pm3 sur les matrices lourdes lorsque la tension d'accélération du Microscope à balayage est limitée à 10 kV, de préférence 5 kV. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant et de la figure 1 représentant la courbe d'étalonnage G = f (Z). Exemple 1 - Détermination de la nature d'une phase Al-Li-Mg L'appareillage utilisé est constitué par un microscope à balayage ZEISS, type DSM 950, associé à un analyseur d'images KRONTON, type SEM-IES, avec une interface appropriée. Les mesures ont été exécutées dans les conditions suivantes sur 3 étalons purs (Mg, A1, Si) et sur la phase inconnue contenant Al-Mg-Li, présente dans un échantillon d'alliage o la phase inconnue représente environ % en volume de l'échantillon considéré et est répartie sous forme de phases isolées dont la taille va de 10 à 30 pm. Microscope à balaya: Tension d'accélération 25 kV Courant faisceau 400 pA Distance de travail 9 mm Diaphragme 400 pm Grandissement x 300 Analyseur _d'itmazes Réglage de l'amplification et du seuil de manière à ce que le niveau de Gris G = O (noir) corresponde à Z = 11 et le niveau de Gris G = 255 (blanc) corresponde à Z = 15. Acquisition de l'image de 256 x 256 points couvrant une surface effective de 300,m2 sur l'échantillon. De préférence, présence de plusieurs phases de même nature sur la même image. Dans ces conditions, le temps d'acquisition d'une image est de 20 sec environ. Les résultats obtenus sont les suivants: 1 I l 1 I I I I I Intervalle de I I Elément I Z Nbre de mesures I Niveau de Gris G [ confiance au I l[ l[ lI I Irisque de 5 % i I i I I II I II I Mg I 12 I 7 I 68,4 I ±5,3 A1 I 13 I 5 I 136,6 I ±2,5 siI4I I I 2 I X Si I 14 I 7 I 202,3 I ± 2,0 l I I I I I On en déduit que la courbe d'étalonnage est une droite d'équation: G - 66, 9 Z - 734,6 (voir fig. 1) avec un coefficient de corrélation r = 0,99994. La mesure de G sur la phase (Al-Li-Mg) est de: 69,5 ± 4,3 au risque de 5 % (6 mesures). On a également déterminé à l'aide de l'analyseur X du microscope à balayage, par une méthode connue, que le rapport atomique Al/Mg est de 2/1. La phase inconnue a donc pour formule A12Mg Lix. Le numéro atomique moyen Z est relié au numéro atomique des éléments présents (Zi) et de leur abondance atomique (ni) par la formule expérimentale Z ( 2 ni zi2) / (E niZi) d'après L.DANDY et R. QUIVY, J. Phys. Radium. 6, 320 (1956). On en déduit que: Z = (69,5+734,6)/(66,9) = 12,02 = (2x132+122+32x)/(2x13+ 12+3x) soit x = 0,933 X 1. La phase inconnue est donc le composé défini A12Li Mg. Exemple 2 - Stoechiométrie de SiC en dépôt mince (e ulum) Les conditions de travail, d'étalonnage et de calcul sont les mêmes que celles de l'Exemple 1. La présence d'un seul élément lourd fournit une relation directe entre le numéro atomique mesuré et l'indice x dans la formule SiCx. La mesure de G dans la phase SiCx est de 47,0 ± 4,4 au risque de 5 % (6 mesures). On en déduit un numéro atomique moyen de 11,7, ce qui conduit à x = 0,94 + - 0,06. Le composé n'est donc pas significativement différent de la phase stoéchiométrique. Cette méthode offre, outre sa grande précision et sa grande résolution spatiale, les avantages suivants: - rapidité d'acquisition et de traitement des images, - nettoyage des images par des filtres adaptés, possibilité d'élimination de défauts éventuels (rayures, poussières, etc.. .). Cette méthode est applicable à l'identification d'un. très grand nombre de phases telles que carbures, nitrures, borures, oxydes, etc... 26 13834 REVENDICATIONS 1. Méthode de dosage par détermination quantitative du numéro atomique moyen (Z1) avec une précision de ± 0,1 unité d'une phase inconnue présente sur la coupe micrographique plane d'un échantillon, comportant soit 2 éléments légers (3 , 12) et un seul élément léger (3 \ du (ou des) étalon(s) présent(s) dans le champ visualisé. 2. Méthode selon la revendication 1 permettant d'atteindre une résolution spatiale allant jusqu'à 0,1 pum3, caractérisée en ce que la tension d'accélération du microscope à balayage est inférieure à 10 kV et de préférence 5 kV.