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失效分析是经验和科学的结合，失效分析就如医生，工艺设计之初，要有预防对策；产品生产后，进行体检，找出其中的隐患，给出预防办法去防止；失效发生后通过各种手段查找原因。就像医生，要验血，照 X 光，做 B 超等，根据检验的数据进行分析是什么症状并对症下药，给出补救办法。

但是从根本上避免产品失效，失效分析应该参与到产品的各个设计环节中。对失效产品的研究，通常借助扫描电镜来观察失效产品的表面及断面情况，选择合适的制样设备，来进行表面抛光或者断面切割，对于在扫描电镜下观察失效位置的实际情况至关重要。

以锂电池的失效分析为例，电池在循环过程中，离子的脱嵌与嵌入会引起一次颗粒的体积变化，会影响内部的间隙。一次颗粒之间间隙会影响颗粒之间 Li 离子传输，使内阻增加，从而影响电池性能。因此需要观察颗粒的内部结构，才可以看出颗粒内部是否存在裂纹、孔洞等。

图 1 锂电池结构示意图

观察颗粒的内部结构，就需要将颗粒进行切割，传统的切磨方法会改变颗粒的断面结构，无法真实真实颗粒的内部情况。使用离子研磨仪切割的方法，通过使用合适的能量离子枪，利用离子束进行剖面切削或表面抛光处理，可以有效解决以上问题。

图 2 离子研磨原理

离子研磨前（多晶三元材料）

离子研磨后（多晶三元材料）

将多晶三元材料通过离子研磨仪切割后，可以有效观察到颗粒内部的真实情况，观察颗粒内部的晶粒结构和晶相组成。

随着镍含量的增加，裂纹的产生和扩展现象加剧，高 Ni 含量的正极材料的裂纹延伸到表面，电解液可以沿着裂纹渗入到颗粒的内部，在一次颗粒的表面生成 NiO 相，加速电池电化学性能的恶化。通过离子研磨切割后，结合 SEM 图可以有效观察分析正极材料充放电后的状态，进一步来研究裂纹的发展。

离子研磨仪可广泛用于各个领域，用来进行断面和内部结构的观察。

金属材料 · 失效分析

金属结晶结构异常隐蔽性极强，此隐性忧患缺陷尺度等级，往往达到微米与纳米等级，且突发破坏率大，因此具有严重的危害性。金属材质中的杂质、介在物、空洞、腐蚀开裂等都无法在后续加工中去除，反而容易造成更严重的破坏。

通过使用扫描电镜（SEM）+ 能谱（EDS）分析，对晶粒大小，晶粒结构，相位组成，元素组成，夹杂介在物分析，发现失效的钢管基材明显存在较多污染物，且焊界结晶明显沿晶开裂，在正常区存在空洞及金属介在物，可以判断出故障发生的主要原因。

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