【第十二届原创大赛】电镜维修典型案例几例（9月）

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2019/09/30
分析者端木月之队

私聊

扫描电镜（SEM/EDS）

电镜维修典型案例几例
一、【前言】
电镜故障主要有真空系统故障，电子线路控制系统故障，图像调整系统故障。由于电镜的型号规格各有不同，其机械结构及电子系统也有所不同，如果对电镜的机械和电子系统有比较深入和清楚的了解，在遇到电镜故障时，就会从容的应对和处理，也就对故障排除建立起自信心。本文列出几个电镜维修的典型案例，供大家分享，希望对电镜操作者及相关技术人员有所帮助。
二、【真空系统故障】
真空系统是电镜必不可少系统之一，真空的不良直接影响着电镜的工作状态，作为电镜的电子发射枪要在高真空下才能有效的进行工作，电镜系统的密封是否良好就决定了真空系统的好坏，其最关键所在是如何防止电镜系统泄漏及真空抽取问题。真空系统解决好了，电镜的基本工作条件也就满足了，方可进行正常工作了。下面举几个真空系统故障维修的例子，对于了解真空常见故障及排除应该是有所帮助的。
1、【电镜型号】：国产电镜DX1-12
【故障现象】：开机30分钟后，主控制阀不能自动打开，高真空抽不上去，电镜始终达不到正常工作状态，用真空计进行检测前置真空部分，发现真空泵的真空度明显降低。
【故障分析】：a.、由于当时是梅雨季节，环境比较潮湿，真空泵长时间工作在潮湿的环境中，必然会吸入过多的潮湿空气，使真空泵油质量下降，导致密封性变差。
b、抽气部分某接口橡胶圈装配不合适，有缺口、裂痕、凹陷等，造成系统漏气。
c、由于真空泵自身漏油，真空泵内部油面低于正常位置，导致真空泵抽气效率不高。
【故障排除】：a、将真空泵油放出，用玻璃容器盛装，并进行加热，除去油中水分，重新装回真空泵（也可全部更换新油）。b、更换新的橡胶密封圈，并在管道接头处涂抹新的真空脂。c、对于油面过低，及时补充新油，并使油面达到规定平面位置。
采取了上述措施后，电镜真空度恢复正常，主控制阀能自动打开，并进入正常工作状态。
2、【电镜型号】：日本电子JEM-7。
【故障现象】：真空泵电机烧毁。
【故障分析】：真空泵电机使用的是三相交流供电，当出现电源某一相断电或不良时，如果没有及时切断电源，正在运转的电机工作绕组就会失去平衡，导致工作电流急剧增大，最后烧毁电机。（因为JEM-7型电镜没有报警装置及自动切断电源装置，也就无法自动切断电源。这是烧毁电机的主要原因。）
【故障排除】：自行做一些小改进。将脚踏开关与三个电子继电器的动合触点串联，三个继电器的电源分别取自三相供电电源相线上，如图1所示。正常供电时，三个继电器都工作，其动合触点相当于三个闭合开关，使两个真空泵电机都正常运转。当三相供电某一相电源断电时，相应的一个继电器停止工作，触点释放切断电源，使两个真空泵电机自动断电停止工作，防止了电机烧毁。

图1 改进的三相供电电源线路图
3、【电镜型号】：日本电子JEM-7。
【故障现象】：RP1、RP2真空泵工作时旋转声音过大。抽低真空时间很长，且只能达到5×10-3乇。
【故障分析】：由于真空泵长时间使用，使泵中油的杂质增多，粘度增大，引起抽气效率降低。
【故障排除】：a、将真空泵油过滤，用漏斗和抽滤瓶将油过滤两次，除去油中的杂质。b、清洗泵体，用有机溶剂乙醚、丙酮等进行多次清洗，风干后放入鼓风干燥箱内，在60℃～80 ℃的条件下干燥12小时，取出后用少量干净的真空泵油冲洗两次（此油用后不再装入泵中）。c、将干净的真空泵油倒入泵体内，如果油量不足，补充新油至合适为止。
经上述处理后，真空泵抽气效率明显提高，旋转噪声变小，预抽真空可达2×10-2乇.
【注：如有足够的新油，尽量不要吝啬，更换新油才是最佳方案】。
4、【电镜型号】：国产DXB2—12
【故障现象】：当开机时真空度达到一定数值后，指示灯亮，即可开加速电压，可当工作40～50分钟，真空指示灯熄灭，加速电压保护装置启动自动断电，此时高真空指示表指针摆到低真空范围，但过段时间又恢复正常了。此现象呈周期性重复出现。
【故障分析】：引起真空不稳定的因素大致有以下几个方面。a、电子枪漏气。b、电子枪真空控制线路有故障。c、高压保护电路有故障。针对这三方面逐一进行检查，发现电子枪真空规有故障，造成真空指示不稳定。
【故障排除】：更换电子枪真空规，电镜恢复正常。
三、【电子系统故障】
电镜的电子系统的故障大致可分电源部分、电子光路部分、高压（加速电压）及灯丝部分、扫描及显示部分。下面介绍几个典型案例，供大家分享。
1、电源部分：
【电镜型号】：日本电子 JEM-100CX
【故障现象】：（1）显示屏电子束斑作无规律、非周期性、幅度不等的同心圆扩大或缩小抖动，严重时束斑从显示屏上消失。（2）图像聚焦不佳。
【故障分析】：造成束斑故障的原因很多，而透镜电源的改变和不稳定是导致束斑无规则抖动和图像聚焦不佳的主要原因。
测量透镜前置稳压器输入300V正常，测量输出电压从正常值的230V～240V上升至290V左右，基准电压ES1输出正常值应为-30V，测量结果为-24V～-26V之间不停摆动，由于这两个电压异常，致使整个透镜系统不稳定，出现束斑严重抖动。
【故障排除】：a、关掉透镜电源，将透镜电源稳压前级装置从油箱中取出，检查MT2567电路板中的TR01～TR12电源调整管，发现TR02、TR05的Iceo（反向漏电流）增大，调节性能降低，更换TR02、TR05后，通电调整MT2568电路板中的RV01，使输出电压为240V。
b、测量ES1输入电压，在29V～34V之间变化，检查37V P.B电源，输入47V正常，对MT384360电路板进行检查发现，IC1集成电路热稳定性差，取样电位器VR1机械稳定性不好。更换IC1和VR1后，通电调节VR1，使输出稳定在37V±0.1V，再调MT2562电路板上的VR01，使ES1输出稳定在-30V。
经上述维修后，电子束斑稳定，抖动消失，图像聚焦良好，连续工作使用未见异常，电镜恢复正常运行。
2、电子光路部分
【电镜型号】：日本电子 JEM-6C
【故障现象】：高压开到100KV挡时，束流表指示大于正常值（无灯丝电流时应为50uA），几分钟后，电子枪放电，同时发出“嘶”叫声，束流表指示突然上升到250uA以上。这时把高压降到80KV，束流表指示并不下降，叫声依然存在。关掉高压，将高压电缆插头从高压油箱中取出，然后再开高压，高压指示正常，叫声消失。
【故障分析】：因从高压油箱中拔出电缆后一切恢复正常，说明油箱工作正常，故障主要在电子枪。
打开电子枪检查发现，灯丝离栅极帽孔距离太近，（也就是说灯丝装的过头了），又发现上面有纤维类污染物，所以加上高压时，由于纤维污染物放电，使束流指示大于正常值，经多次放电，导致灯丝烧断。又由于灯丝离栅极帽很近，烧断的灯丝与栅极帽短路发出“嘶”叫声，并导致束流突然增大。
【故障排除】：取下栅极帽及灯丝座进行清洗、烘干。然后换上新灯丝，进行仔细组装，使灯丝与栅极帽孔之间具有正常的距离。装好后，用万用表检查灯丝与栅极帽是否有短路或漏电。再仔细检查无误的情况下，仔细装上电子枪，开机通电高压指示恢复正常，故障排除。
3、高压（加速电压）部分：
【电镜型号】：日本电子 JEM-100B
【故障现象】：在高压各档位稍微增加一点灯丝电流时，束流增加非常大，束流表指示超过满刻度，找不到灯丝电流饱和点。
【故障分析】：打开电子枪室，未见灯丝与栅极短路现象，将高压电缆头从油箱中拔出，用1000V以上兆欧表测量灯丝与栅极之间绝缘电阻，发现电阻很小，说明电缆芯线间短路，高压电缆已被击穿。
【故障排除】：应急维修。将旧电缆在电子枪瓷瓶头一端割断一段，把灯丝、栅极电缆头剥开，瓷瓶用石油醚洗涤干净，用电吹风吹干。再将灯丝、栅极电缆头用套管固定，并焊接好。然后用松香沥青浇灌在瓷瓶内，分两次灌满为止，让其自然干燥后，再用兆欧表检查灯丝与栅极之间绝缘电阻为无穷大，装回电缆后，开机电镜恢复正常工作。
【特别说明：如有条件，为了稳妥起见，更换新电缆更为可靠。】
4、灯丝部分：
【电镜型号】：国产 TSM-1
【故障现象】：启动高压后高压工作电流指示正常（32uA），但调节灯丝电位器，束流不增加，显示管亮度无变化。
【故障分析】：由于高压正常，灯丝良好则故障发生在灯丝供电系统，灯丝供电电路原理图如图2所示，三极管T3、T4与振荡变压器L45组成高频振荡器，振荡器输出电压经全波整流及LC滤波电路，向灯丝提供稳定的直流电压。调节电位器W可以实现灯丝电压的连续调节，这种调节是通过改变振荡器的振幅来实现的，而振幅的改变又是通过供电电压的改变来得到的。从图中可以看出下列情况可以引起无灯丝电压输出。
a、无+27V电源电压。
b、电位器损坏开路，电源调整管T1、T2损坏开路，振荡管T3或T4损坏，振荡变压器L45损坏或变压器线圈开路，整流二极管损坏或滤波线圈开路。
【故障排除】：
用万用表检查灯丝及+27V电源，测量各级电压正常，测量振荡器输出电路有灯丝电压，测量电位器电压无反应，停电检查电位器已开路，购得以同一规格电位器更换，灯丝电路输出电压可调节，说明灯丝电源恢复正常工作，故障排除。
【注：只有在判断高频振荡电路没有问题后，才能进一步检查高压油箱内部元件，并且要注意检查时不要污染高压油。】

图2国产 TSM-1电镜灯丝供电电路原理图
5、扫描及显示部分
【电镜型号】：日本电子 JEM-100CX（扫描附件）
【故障现象】：用ASID—4D进行扫描图像观察，当按下慢扫描按键SLOW1（10秒/帧）, SLOW2（25秒/帧）或用25～50秒速度摄影时，光栅立即从屏幕上消失。
【故障分析】：从现象上分析，故障可能：
（1）控制扫描速度的继电器回路有接触不良的地方。
（2）扫描发生器在慢扫描时停止振荡。
通电检查各继电器动作正常，当光栅消失后，用示波器检查扫描发生器帧输出锯齿波正常，但行扫描无输出波形。检查行扫描发生器电路板，测量G点前级各电位，发现二极管D2及三极管TR2所组成的电路异常，内阻发生变化，引起行扫描发生器停止工作。
【故障排除】：更换二极管D2及三极管TR2，开机扫描恢复正常工作，慢扫图像及光栅消失故障排除。
四、【图像调整系统故障】
电镜图像调节系统，常常会出现一些不正常现象，如图像明暗不佳，有网纹干扰，图像不规则，水平垂直信号不同步，闪屏，黑屏，照相机构故障等。有些细小的变化不易观察容易被忽视，合轴不好引起像散使图像不清晰等。因此这类故障通常有软硬两种表现形式，只有在工作实践中及大量维修经验积累中判断和实施处理。
1、【电镜型号】：日本电子 JEM-100CX
【故障现象】：摄影时，小荧光屏抬起90度角及回到零度角之前快门不关闭，电子束未被挡住。
【故障分析】：取出投影镜极靴检查快门，发现快门弹簧焊接处附近有一处断裂。其原因主要是摄影时，快门关闭时间过长。快门的电源电压5V，电流2A。每照一张照片快门接通电源两次，即动作两次，开始曝光。按预定的曝光时间曝完光，快门第二次自动关闭，此时如不及时按动第二次按键，使快门断电打开，将会增长快门通电时间。由于电流的热效应，快门通电时间越长弹簧温度越高。多次反复使用，易导致弹簧材料发生塑性变化，从而变脆，在焊接点拐弯处因应力集中容易断裂。所以，要求第一次按动摄影按键后，只要曝光完毕应尽快按第二次按键，以减少快门关闭时间，增加快门弹簧使用寿命。
【故障排除】：清洁断口并焊接，装入仪器后，快门动作恢复正常，但由于弹簧材料有塑性变形，在低倍率上摄影时快门有一点关不严实。中间有一条小缝隙，更换新件后，快门恢复正常，摄影快门故障排除。
2、【电镜型号】：国产 DX4-10
【故障现象】：照相室编码照明灯有亮光，但底片无编码数字。
【故障分析】：从左视窗检查棱镜座上已无三角棱镜附着，照相室内有碎屑。粘着反射棱镜，因与铜质架座的热膨胀系数不一致，抽真空时，棱镜左右有微小压力差，以致容易脱落。
【故障排除】：用502胶水只涂粘棱镜座的水平面，垂直面与棱镜稍留间隙不涂胶水。故障排除，此后再未发生脱落现象。
3、【电镜型号】：日本电子 JSM-35
【故障现象】：面扫描时出现横向粗条纹，无束流时有此现象，线扫描时可见干扰为正弦波。
【故障分析】：经检查仪器各部分均正常，参数也符合要求，但发现干扰信号与室内照明灯有关，熄灯后图像正常。仔细检查发现谱仪观察窗挡板盖的不严实，日光灯照到样品上所引起干扰。
【故障排除】：用胶纸粘牢挡板后，干扰消失，仪器恢复正常。
五、【小结】
电镜故障是多样化的，也是复杂的，在平时操作电镜时，大家就应该随时注意电镜的工作环境及工作条件，尤其是要重视电子仪器的特殊性。电镜实验室应该建立严格的管理制度，定期做好电镜维护工作，尽量把电镜故障发生率做到最小。
2019.9.30

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