專利名稱：測(cè)試固體表面與界面特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利是一種用激光技術(shù)測(cè)試固體表面與界面特性的方法。
目前國(guó)內(nèi)外在測(cè)試固體材料和構(gòu)件表面與界面特性的方法中，最常用的是用應(yīng)變片的電測(cè)方法來測(cè)試應(yīng)變、應(yīng)力，該方法精度不高，在ENP87091139上公開了一種測(cè)試固體表面與界面特性;用激光斑紋法測(cè)試應(yīng)力應(yīng)變的精確度雖然高，不過由于對(duì)環(huán)境要求很高和光信息處理的極其復(fù)雜而不便實(shí)施和應(yīng)用。在P86122544上公開了用x射線法測(cè)量殘余應(yīng)力、應(yīng)變的方法，由于受材料內(nèi)部組織狀況的影響使測(cè)量精度受限制，且設(shè)備復(fù)雜而不易實(shí)施應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供出一系列以一維表面波光柵線陣分布衍射光斑的、具有現(xiàn)代光學(xué)精度的、調(diào)整自動(dòng)地測(cè)試固體表面與界面特性的方法，分析其隨環(huán)境條件變化的規(guī)律。
本發(fā)明的目地通過以下措施來實(shí)現(xiàn)本方法是在固體材料或構(gòu)件的表面上用光刻、濺射、刻劃的方法制作出平行等間隔的溝槽-反射式一維表面波光柵，當(dāng)用激光束照射時(shí)，產(chǎn)生一列線陣分布的衍射光斑。
對(duì)衍射光斑之間的夾角，利用游標(biāo)可直讀或采用電荷耦合光電器件CCPD、驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，高精度、快速地自動(dòng)處理固體材料表面與界面動(dòng)態(tài)特性的光信息。
由衍射光斑的分布及其變化取得應(yīng)力、應(yīng)變、張力等的定量結(jié)果。
由衍射光斑的光強(qiáng)變化取得原子擴(kuò)散系數(shù)等的定量結(jié)果。
可在常溫、大氣壓下加載荷或腐蝕剝層，或在高溫、真空的條件下測(cè)試分析其隨環(huán)境條件改變的變化規(guī)律。為此設(shè)置溫度控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)及自動(dòng)處理光信息系統(tǒng)。
試樣上的表面光柵，總是和激光入射束、反射束所在的平面相垂直，該平面可沿水平軸旋轉(zhuǎn)90度放置，讓平面呈水平狀或豎直狀。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比具有的優(yōu)點(diǎn)如下1.本方法能直接在材料或構(gòu)件表面上制作的一維表面波光柵是一種反射式光柵，因此可實(shí)用于在常溫或高溫、真空的條件下測(cè)試分析各種金屬、復(fù)合材料表面與界面的特性，具有廣泛的應(yīng)用前景;
2.在測(cè)試分析方面，開發(fā)了一種具有近代光學(xué)測(cè)量精度的方法，為材料與工程技術(shù)的研究與發(fā)展提供了新的研究手段，而具有深遠(yuǎn)的影響和意義;
3.由于一維表面波光柵在激光束的照射下，形成一列線陣分布的衍射光斑，便于采用線陣光電器件等光信息處理系統(tǒng)，既增強(qiáng)了抗外界干擾的能力，又提高了測(cè)量精度，因此具有高精度、快速、自動(dòng)采樣和處理固體表面與界面動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)越性;
4.本發(fā)明開創(chuàng)了新穎的測(cè)量方法，為固體表面與界面特性的測(cè)試分析提供了新的研究手段，具有顯著效益，可靠易施。
附面說明實(shí)施例的示意圖激光源(1) 試樣(2) 表面波光珊(3)電熱爐(4) 水冷卻包(5) 真空室(6)半園環(huán)刻度盤(7) 光信息處理系統(tǒng)(8) 衍射光斑(9)溫控系統(tǒng)(10) 冷卻系統(tǒng)(11) 真空系統(tǒng)(12)本發(fā)明的方法結(jié)合實(shí)施例作以下說明1.試樣(2)表面向前方或朝上放置，試樣表面槽溝-表面波光柵(3)依實(shí)驗(yàn)要求而取向，通?？梢灾谱鞒伤健⒋怪奔?5度角的三組槽溝;
2.試樣(2)表面與含激光(1)入射束、反射束的平面呈相互垂直的放置，與此相應(yīng)半園環(huán)刻度尺和激光(1)入射束、反射束組成的平行面呈水平或豎直放置;
3.衍射光斑(9)的衍射角讀數(shù)需增加游標(biāo)，予以提高測(cè)試精度，或用線陣電荷耦合光電器件CCPD、驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，高精度、快速地自動(dòng)處理固體材料表面與界面動(dòng)態(tài)特性的光信息;
4.可在常溫、大氣壓下測(cè)試，亦可在高溫1000℃以下真空10-6托下測(cè)試分析。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種測(cè)試固體表面與界面特性的方法，其特征在于在固體材料表面上用光刻、離子濺射、刻劃的方法制作出平行等間隔的槽溝，原子自動(dòng)地從具有高化學(xué)勢(shì)的峰流向低化學(xué)勢(shì)的谷，形成反射式固體一維表面波光柵；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試固體表面與界面特性的方法，制作的一維表面波光柵，其特征是在激光束的照射下，形成一列線陣分布的清晰的衍射光斑，可直接讀出衍射角或由電荷耦合光電器件(CCPD)、驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)自動(dòng)地進(jìn)行衍射光斑的光強(qiáng)分布及變化的光信息處理，由表面波光柵常數(shù)及其變化規(guī)律得到固體表面與界面的應(yīng)變、應(yīng)力和張力的分布以及變化的動(dòng)態(tài)特性;
3.根據(jù)權(quán)利1、2所述的測(cè)試固體表面與界面特性的方法，制作表面波光柵的光信息處理方法，其特征還在于原子擴(kuò)散的結(jié)果引起表面波光柵振幅變矮的狀況，由衍射光斑的光強(qiáng)變化規(guī)律，得到固體表面與界面原子擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)特性;
4.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的測(cè)試固體表面與界面特性的方法，其特征是要在高溫和真空條件下，測(cè)試分析應(yīng)變、應(yīng)力、張力以及原子擴(kuò)散隨溫度變化的規(guī)律;
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的測(cè)試固體表面與界面特性的方法，其特征是在常溫下加載荷或剝層的方法，測(cè)試其表面與界面或沿深層分布的應(yīng)變、應(yīng)力、張力、原子擴(kuò)散的定量結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明是在固體表面形成的一種反射式一維表面波衍射光棚。在激光束的照射下，產(chǎn)生一列線陣分布的衍射光斑，采用線陣電荷耦合光電器件等系統(tǒng)，得到高精度、快速、自動(dòng)的光信息處理，取得固體表面與界面的應(yīng)力、應(yīng)變、原子擴(kuò)散等的動(dòng)態(tài)特性，為生產(chǎn)、科研、教學(xué)實(shí)驗(yàn)開創(chuàng)了研究分析的新方法，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N13/00GK1054832SQ9110199
公開日1991年9月25日 申請(qǐng)日期1991年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月26日
發(fā)明者楊永正 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)