电镜应用|扫描电镜在电缆失效分析中的应用
时间:2024-12-20 阅读:39
电连接器在电气系统中主要应用在电信号的传输。复杂的电信号系统由成千上万个连接器组成。每个连接器的好坏优劣直接影响整个系统的功能实现,所以连接器失效造成的影响很大,当一根电缆出现失效后需要从连接器到线缆逐一排除问题,发现根源,进而规避失效电缆的出现。
扫描电镜作为材料显微分析的重要工具,广泛应用于电缆的失效分析。如下图A电缆,导线在连接器焊点处发生断裂。显微镜下对断口进行观察,断口表面存在金属光泽,断口附近未见机械损伤及腐蚀痕迹,断口宏观形貌如下图所示。为了进一步分析失效原因,使用扫描电镜对导线的断口进行观察,发现断口较为平齐,其中2根芯线断口表面存在明显的缩颈现象,断口的终断区为韧窝形貌,其余10根芯线断口表面较为平齐,且断口从两侧起源向中部扩展,中部终断区为韧窝形貌,局部有疲劳条带存在,从断口形貌判断,存在明显缩颈现象的芯线断口应为塑性断裂,其余断口为疲劳断裂,断口微观形貌如下图所示。通过扫描电镜的观察与分析,可得出结论:导线断裂的原因是导线在使用过程中受到交变应力作用引起10根芯线产生疲劳断裂,剩余2根芯线受外力作用而产生塑性断裂,整个断裂过程为顺序断裂。B电缆在使用过程中,内部同轴电缆的屏蔽层及芯线均出现开路现象,进行X 射线检查,发现电缆在一侧插头根部附近断裂,对电缆断裂原因进行分析。
采用显微镜对内部进行观察,发现内部的中心芯线与屏蔽网之间存在一层白色聚四氟绝缘层,屏蔽断裂位置的聚四氟绝缘层已经拧成麻花状,电缆内部形貌如下图所示。利用扫描电子显微镜下对断口进行观察,发现屏蔽网芯线的断口均存在明显的缩颈现象,且中部终断区为韧窝形貌,从断口形貌判断,屏蔽网应为受到外力作用产生塑性断裂;中心芯线的断口较为平齐,表面为扭转形态的剪切窝形貌,从其形貌判断,中心芯线受到扭转应力作用导致中心芯线扭断,断口微观形貌如下图所示。通过上述两个案例,作者(参考资料1)认为电缆功能失效问题,除去连接器和线的本身因素以外,在连接器和导线的结合处失效情况居多,并且问题可能是多方面,因此在连接器制成电缆后,在用连接器对插到仪器或是其他电缆上完成测试或是试验时,要注意连接器与导线连接处是否发生较劲弯曲等情况。例如上述两种电缆断裂失效分别是疲劳断裂加顺序断裂、拧断两个方面造成。作者利用扫描电镜高分辨、大景深和广适应性的特点,分析出了电缆断裂的失效原因。但在结果图中,我们也发现含聚四氟绝缘层的显微图片中出现了异常亮的现象,该白色绝缘层因为导电性差的原因,表面累计了大量负电子,最终积聚成荷电效应,影响整张图片的拍摄结果。荷电现象是在扫描电镜拍摄中经常会出现的一种现象,它会影响图片质量,甚至造成无法正常拍摄和样品漂移等一系列问题。常规解决荷电问题有三种方法,分别是喷金、低真空和低电压,前两种更适合对样品要求不高,低倍的样品拍摄,而低电压作为衡量高性能扫描电镜的成像指标,已越来越广泛的应用于各种场景。如下图所示,为导电性极差的高分子涂料和聚乙烯样品,利用低电压进行拍摄,且样品表面无需要做任何导电化处理,结果显示样品表面无荷电产生,表面细节清晰。上述两张图片结果均采用赛默飞Apreo2场发射扫描电镜拍摄。Apreo2场发射扫描电镜具有业内较强的低电压超高分辨性能,搭配双引擎模式,分辨率可达到0.8nm(1kV),可以呈现材料最表面的真实形貌衬度,同时兼具高质量成像和多功能分析性能于一体,是科研和生产质控不可少的理想分析平台。
参考文献:
1. 刘伟亮,从电缆断裂看连接器失效预防.