在纳米尺度上研究下一代发动机部件

目前，汽车行业面临的主要挑战之一是直流电机（DC电机）的研发。直流电机在转子位置引入了强磁场。在较小的体积内，磁场强度越高，电机的效率就越高。近期，JEOL法国公司的一个研究团队利用聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）技术结合专用分析软件，对这种磁体的成分进行了研究。

铈合金钕铁硼磁体的组成

发动机的关键部件是位于转子组件内部的永磁体，它必须具有非常高的效率。

研究的样品是铈合金钕铁硼磁体（Ce-NdFeB）。铈部分替代了非常昂贵的稀土元素钕，且不影响磁性能。

这项技术的研究和开发需要对磁体的化学相层析成像有深入的了解。

FIB-SEM加工和BSE模式下的成像

Mountains® 9 软件的断层扫描分析基于一系列高分辨率图像，这些图像代表了沿样品深度方向连续采集的横截面。这些不同的切面通过聚焦离子束 (FIB) 加工形成，并以背散射电子 (BSE) 模式成像。

背散射电子图像呈灰度；图像中不同灰度级的组成与构成被分析表面的化学元素的原子质量成正比。

FIB/SEM技术最初由半导体行业提出，旨在了解电子器件的三维复杂结构和/或内部特定故障。日本电子光学株式会社（JEOL，位于日本东京）很早就意识到聚焦离子束（FIB）系统的重要性，并于1983年推出了JIB-10仪器。

这项实验需要在强磁场下利用电子束对磁体进行切片和成像。由于磁场会使电子偏转，因此这项实验极具挑战性。

日本电子株式会社（JEOL）的新型JIB-4700F多束系统克服了这一难题。该系统利用离子束（图1a中的红色箭头）对磁体进行顺序铣削，然后利用电子束（绿色箭头）进行成像。

（a）          （b）

图 1. FIB 加工和 BSE 模式下的成像。

图 2. 一系列 BSE 图像中的一张，其中突出显示了 ROI。

图像处理

由 Mountains® 提供支持的 SMILEView™ Map 软件可以对磁性材料的化学成分进行完整的 3D 成像和分析。

根据对应于各种化学元素的灰度范围，对由一组 BSE 图像生成的化学立方体进行分割。

然后对区分和分割的化学元素计算了包括体积参数在内的许多参数（见图 3）。

图 3. BSE 图像堆栈的可视化，以立方体形式呈现（上图），并显示体积参数（右图）。

一旦断层扫描图重建完成，用户就可以使用该软件对样品进行虚拟重新切片，充分探索 3D 体积，并全面了解磁体的内部结构。

在这个特定的重建中，我们可以观察到钕和铈的非常丰富的晶间结构，以及Nd2Fe14B磁性基体中较低的铁浓度。

作者：

• Guillaume Lathus，JEOL（欧洲）SAS 销售总监

• Franck Charles，JEOL（欧洲）SAS总经理

• Jean-Claude Menard，高级应用专家

• 特别感谢达米安·勒罗伊（工业光魔公司）

使用的仪器和软件

JEOL JIB-4700F 多波束系统 + SMILEView™ 地图软件，由 Mountains® 提供技术支持