原位截面技术揭示铈在空气暴露下的表面/亚表面氧化行为与碳化物促进作用研究

《Surfaces and Interfaces》：Surface and subsurface microstructural analysis of cerium under ambient air exposure using in-situ cross sectioning and observation systems

本文采用聚焦离子束(FIB)和飞秒激光铣削等原位截面技术，结合扫描电镜(SEM)分析，揭示了高活性稀土金属铈在空气暴露下的表面/亚表面氧化机制。研究发现石墨坩埚铸造过程中形成的碳化铈颗粒会成为优先氧化位点，为高氧亲和性材料的微结构表征提供了新方法。

　　

亮点

材料

采用莱斯普通金属有限公司供应的高纯度铈（99.97 wt.%）研究铸态样品的表面和亚表面微观结构。通过电感耦合等离子体光学发射光谱(ICP-OES)验证纯度。每个铸造实验使用约50克、尺寸约2 cm³的铈块，并在熔炼前立即用碳化硅砂纸(WS Flex 18 C P120)抛光以去除原生表面氧化物。

氧化铈的一般表面形貌

图1展示了高真空和低真空条件下铸造的铈样品代表性表面形貌。在相同放大倍数1000倍（图1a、1d）、8000倍（图1b、1e）和20000倍（图1c、1f）下进行对比观察。低倍镜下样品整体相似，但细致分析显示显著差异——高真空样品（图1d）存在明显表面缺陷（如裂纹等），而低真空样品则呈现更连续的氧化层特征。

总结与结论

本研究通过整合原位聚焦离子束(FIB)和飞秒激光铣削与扫描电镜(SEM)分析，建立了表征高活性金属铈表面/亚表面微观结构的新方法。FIB铣削实现了微米级（约30微米宽、50微米深）的高分辨率截面成像，飞秒激光则快速制备出大尺寸截面（约500微米宽、超1000微米深），为揭示碳化铈颗粒引发的优先氧化机制提供了关键证据。