金相試樣製備完整指南

切割是製備流程的第一步，目的是從大型工件中截取具代表性的分析截面。切割品質直接影響後續所有步驟的難度與最終結果。

關鍵要素：

• 切割輪選擇：依材料硬度與韌性選擇合適砂輪——高硬度材料（如硬質合金、陶瓷）選用鑽石切割輪；鋼鐵與有色金屬選用氧化鋁或碳化矽砂輪
• 進刀速度：過快會產生過熱與熱影響區（HAZ），應使用 OptiFeed 或 FixFeed 模式控制進刀
• 冷卻液：持續供應冷卻液帶走熱量，防止組織變質（如馬田體的二次回火）
• 夾持固定：試樣需牢固固定，避免振動造成切割面不平整或砂輪破損

精密切割機（如 Accutom 系列）適合需要精確位置與最小熱影響的場合；高效切割機（如 Discotom、Labotom 系列）適合一般截面製備。

鑲埋將試樣包覆於樹脂中，達成兩個目的：保護試樣邊緣在研磨拋光過程中不倒角（edge retention），以及提供穩定易握的平台。

鑲埋方式比較：

• 熱壓鑲埋（Hot Mounting）：使用熱固型或熱塑型樹脂（如 Bakelite、Multifast），在高溫高壓下固化。速度快、硬度高、邊緣保持佳，適合大量樣品。設備：CitoPress 系列
• 冷鑲埋（Cold Mounting）：環氧樹脂（Epoxy）或丙烯酸酯（Acrylic）在室溫固化。適合不耐熱試樣（如電子元件、複合材料），固化時間較長（10 分鐘至數小時）
• 真空鑲埋（Vacuum Impregnation）：先抽真空再注入低黏度環氧樹脂，能滲入多孔材料（鑄件氣孔、焊縫）的細小孔隙，防止研磨液殘留。設備：CitoVac

選擇樹脂硬度盡量與試樣相近，硬度差異過大會導致差異磨耗（differential polishing），使界面區域呈現不真實的浮凸。

在鑲埋體側面或底部刻寫或標記試樣編號，確保批量製備時不混淆。自動化系統（如 Xmatic）可搭配條碼或 RFID 追蹤，與 SureScan 等數位管理系統整合，實現完整的製備追溯紀錄。

粗磨目的是去除切割造成的表面損傷層，並使試樣截面達到宏觀平整。使用碳化矽砂紙（SiC Paper）或固結磨盤，依序由粗至細（如 P120→P320→P800）逐步去除損傷。

• 每換一道砂紙前需清洗試樣，防止粗磨粒污染細砂紙盤
• 旋轉方向建議每道改變 90°，藉由劃痕方向變化確認前道損傷已完全去除
• 施力均勻，避免試樣傾斜導致截面不平（圓弧效應）

細磨使用鑽石研磨盤（Diamond Disc）或鑽石懸浮液搭配布盤，粒度通常為 9 μm → 3 μm，目的是消除粗磨殘留的深划痕，同時進一步去除損傷層至僅剩輕微變形層。

拋光分為鑽石拋光（Diamond Polishing）與最終拋光（Final Polishing）兩個階段：

• 鑽石拋光（1 μm、0.25 μm）：使用鑽石懸浮液搭配絨布盤，去除細磨殘留的微細划痕，試樣呈現半鏡面
• 氧化物最終拋光（OP-S / OP-U）：膠體二氧化矽（Colloidal Silica）懸浮液搭配柔軟布盤，以化學機械作用去除最後的表面變形層，達到鏡面效果且無假影

拋光時間過長可能導致軟相過度浮凸（relief）；過短則殘留細微划痕影響後續腐蝕均勻性。建議使用全自動研磨拋光機設定精確時間與力道。

拋光後的試樣在光學顯微鏡下呈現鏡面，大多數金屬組織相（如鐵素體、珠光體、麻田散體）對比極低，需透過化學腐蝕顯現組織。

• Nital（硝酸酒精，2–4%）：最常用的鋼鐵腐蝕劑，顯示晶粒邊界與組織相
• Keller 試劑：鋁合金標準腐蝕劑，顯示晶粒與析出物
• 王水（Aqua Regia）：不鏽鋼與鎳基合金
• 電解腐蝕：奧氏體不鏽鋼等難腐蝕材料

腐蝕後立即以清水沖洗、酒精脫水、吹乾，即可在光學顯微鏡（或 SEM）下觀察並記錄組織影像。