СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ МОНОБЛОЧНЫХ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ Российский патент 2000 года по МПК G01M3/02 

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий, в частности к контролю герметичности при изготовлении малогабаритных моноблочных газовых лазеров, использующих для соединения элементов конструкции способ оптического контакта.

Известны различные способы контроля герметичности изделий, включающие откачку изделия вместе с анализатором пробного газа, создание вокруг контролируемого изделия среды пробного газа и оценку герметичности изделия по разности амплитуд пика, соответствующего массе пробного газа, в отсутствие и при наличии вокруг изделия среды пробного газа [1]. Недостатком данного способа является то, что его предельная чувствительность не превышает 9•10⁸ мол/сек.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ масс-спектрометрического контроля герметичности изделий, в котором в контролируемом изделии, размещенном в камере, которую вакуумируют, накапливают пробный газ, перепускают накопленный пробный газ в анализатор и производят выдержку до установления режима линейного нарастания пробного газа [2] . Затем в камеру подают пробный газ и повторяют операции. Сравнивают концентрацию пробного газа в один и тот же момент на линейных участках нарастания концентрации пробного газа и по этой разности судят о герметичности изделий.

Недостатком данного способа является то, что он недостаточно чувствителен и точен в случаях, когда ответственными за натекание являются дефекты поверхностей, соединяемых вакуумплотно способом оптического контакта, диаметром менее 100 (длина дефектов много больше диаметра).

Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности и точности контроля герметичности моноблочных газовых лазеров, использующих соединение элементов конструкции способом оптического контакта.

Эта задача может быть решена за счет того, что в известном способе масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров с обеих сторон контролируемой оболочки моноблочного газового лазера создают замкнутые объемы, откачивают внутренний объем вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накапливают в контролируемой оболочке пробный газ, прекратив откачку из нее пробного газа, но продолжая откачку остальных газов, и регистрируют изменение фоновой величины пика пробного газа за контрольное время, выбираемое на участке линейного изменения величины пика пробного газа, возобновляют откачку внутреннего объема вместе с анализатором, подают пробный газ во внешний замкнутый объем, накапливают в контролируемой оболочке пробный газ, прекратив откачку из нее пробного газа, но продолжая откачку остальных газов, регистрируют изменение суммарной величины пика пробного газа за контрольное время и судят о герметичности моноблочного газового лазера по разности суммарной и фоновой величин пика пробного газа за контрольное время, причем измерение фонового потока пробного газа повторяют до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз, а при накоплении пробного газа анализатор оставляют подключенным к контролируемой оболочке и прекращение откачки и регистрацию суммарной величины пика пробного газа производят через время задержки после заполнения пробным газом внешнего замкнутого объема, которое определяется конструкцией лазера и пробным газом и не может быть меньше времени установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумплотно способом оптического контакта, при этом герметичным будет считаться моноблочный газовый лазер, в котором измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%.

Указанная задача решается также за счет того, что контроль герметичности по предлагаемому способу производится во время отжига изделия при температуре T≤T_отж, где T_отж - температура отжига изделия.

Поток натекания в моноблочных газовых лазерах, рассчитанных на длительный срок службы, не должен превышать 5•10⁷ мол/сек при температуре 300 K. Фоновый поток пробного газа определятся используемой аппаратурой. Но поскольку величина потока натекания G зависит как от размеров дефектов, так и от температуры:

где N_c - число дефектов;
d - их диаметр;
L - толщина поверхностного слоя;
Δn_v - падение концентрации пробного газа на длине дефектов l;
τ - время релаксации в области действия поверхностных сил;
t_a - время жизни в адсорбционном слое молекул пробного газа;
V=(3kT/m)^1/2 - средняя скорость движения молекул пробного газа,
контроль герметичности при температуре отжига позволит обнаружить дефекты меньших размеров при фиксированном фоновом потоке пробного газа, т.е. повысить чувствительность течеискания.

Предлагаемый способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров реализован следующим образом. Контролируемый лазер подсоединяют к оборудованному масс-спектрометром вакуумному посту и закрывают снаружи вакуумплотно колпаком печи для отжига изделий. Лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов откачивают до давления не выше 6.3•10^-5 Па, а колпак печи до давления 6.5•10^-1 Па. Перекрывают откачку лазера, масс-спектрометра и устройства избирательного поглощения газов, не прекращая откачки колпака, и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5•10^-5 Па, вновь перекрывают их откачку и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Измерение фонового потока пробного газа повторяют до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10% (что определяется точностью используемой аппаратуры), но не менее 3 раз.

Снова откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5х10^-5 Па, перекрывают откачку колпака печи для отжига изделий и наполняют его пробным газом. Перекрывают откачку лазера, масс-спектрометра и устройства избирательного поглощения газов через 15 минут после заполнения колпака печи пробным газом и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Лазер считают герметичным, если измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости интенсивности фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%
Откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5•10^-5 Па, а колпак печи до давления 6.5•10^-1 Па, поднимают температуру колпака до температуры отжига лазера, проводят отжиг лазера, перекрывают откачку лазера, масс-спектрометра и устройства избирательного поглощения газов, не прекращая откачки колпака, и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Окачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5•10^-5 Па, вновь перекрывают их откачку и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Измерение фонового потока пробного газа повторяют до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз.

Снова откачивают лазер, масс-спектрометр и устройство избирательного поглощения газов до давления не выше 6.5•10^-5 Па, перекрывают откачку колпака печи для отжига изделий и наполняют его пробным газом. Перекрывают откачку лазера, масс-спектрометра и устройства избирательного поглощения газов через 15 минут после заполнения колпака печи пробным газом и фиксируют в течение 5 минут интенсивность пика массы, соответствующей пробному газу. Лазер считают герметичным, если измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости интенсивности фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%/
Применение предложенного способа масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров позволило почти вдвое уменьшить количество отказов приборов при эксплуатации.

Литература
1. В.В.Кузьмин и др. Вакуумметрическая аппаратура техники высокого вакуума и течеискания, гл. 10, Энергоатомиздат, 1984 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1362987, кл. G 01 M 3/02, 1987 г (прототип).

3. В.Д.Борман и др. ЖЗТФ, т.94, 1988, стр.271.

Использование: при изготовлении малогабаритных моноблочных газовых лазеров. Сущность изобретения: способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров включает создание замкнутых объемов с обеих сторон контролируемой оболочки лазера, откачку внутреннего объема вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накопление в контролируемой оболочке пробного газа путем прекращения откачки из нее пробного газа, при откачке остальных газов, и регистрацию изменения фоновой величины пика пробного газа за контрольное время, выбираемое на участке линейного нарастания величины пика пробного газа, возобновление откачки внутреннего объема вместе с анализатором, подачу пробного газа во внешний замкнутый объем, накопление в контролируемой оболочке пробного газа путем прекращения откачки из нее пробного газа при откачке остальных газов, регистрацию изменения суммарной величины пика пробного газа за то же контрольное время и оценку герметичности изделия по разности суммарной и фоновой величин пика пробного газа за контрольное время. Особенность способа состоит в том, что измерение фонового потока пробного газа повторяют до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз, а при накоплении пробного газа анализатор оставляют подключенным к контролируемой оболочке и прекращение откачки и регистрацию суммарной величины пика пробного производят через время задержки после заполнения пробным газом внешнего замкнутого объема, которое определяется конструкцией лазера и пробным газом и не может быть меньше времени установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумплотно способом оптического контакта, при этом лазер считают герметичным, если измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%. Контроль герметичности может быть произведен во время отжига изделия при температуре Т≤Т_отж, где Т_отж - температура отжига изделия. Использование способа позволяет повысить чувствительность и точность контроля герметичности моноблочных газовых лазеров, что повышает их надежность при эксплуатации. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров, включающий создание замкнутых объемов с обеих сторон контролируемой оболочки лазера, откачку внутреннего объема вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накопление в контролируемой оболочке пробного газа путем прекращения откачки из нее пробного газа, при откачке остальных газов, и регистрацию изменения фоновой величины пика пробного газа за контрольное время, выбираемое на участке линейного нарастания величины пика пробного газа, возобновление откачки внутреннего объема вместе с анализатором, подачу пробного газа во внешний замкнутый объем, накопление в контролируемой оболочке пробного газа путем прекращения откачки из нее пробного газа при откачке остальных газов, регистрацию изменения суммарной величины пика пробного газа за то же контрольное время и оценку герметичности изделия по разности суммарной и фоновой величин пика пробного газа за контрольное время, отличающийся тем, что измерение фонового потока пробного газа повторяют до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз, а при накоплении пробного газа анализатор оставляют подключенным к контролируемой оболочке и прекращение откачки и регистрацию суммарной величины пика пробного газа производят через время задержки после заполнения пробным газом внешнего замкнутого объема, которое определяется конструкцией лазера и пробным газом и не может быть меньше времени установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумплотно способом оптического контакта, при этом лазер считают герметичным, если измеренная зависимость потока пробного газа от времени отличается по крутизне и интенсивности от зависимости фонового потока пробного газа от времени не более чем на 10%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль герметичности производят во время отжига изделия при температуре Т ≤ Т_отж., где Т_отж. - температура отжига изделия.