Устройство для определения адгезии металлических пленок Советский патент 1989 года по МПК G01N19/04 

1

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройст вам для определения адгезии металлических пленок.

Целью изобретения является повышение точности определения адгезии металлических пленок и производительности испытаний путем обеспечения постоянства длины оптического пути измерительной системы и стабилизации процесса воздействия ультразвуковых колебаний на испытываемую поверхность пленкио

На фиг01 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - концентратор ультразвуковых колебаний; на фиг.З - схема распределения упругой волны в концентраторе.

Устройство содержит заполняемую жидкой средой ванну 1, дном которой является подложка 2 из оптически прозрачного материала, источник 3 ультразвуковых колебаний, связанный с ним концентратор 4 в виде стержня С рабочей частью на его конце в виде кольца 5 и по крайней мере двух дугообразных элементов 6, диаметрально связывающих кольцо 5 со стержнем, и регистрирующую систему, выполненну в виде источника 7 поляризованного излучения, установленного вне ванны 1 напротив концентратора 4 с внешней стороны подложки 2, полупрозрачного зеркала 8, установленного под острым углом к подложке 2, приемника 9 поляризованного излучения, двух скрещенных поляризаторов 10 и И, один из которых установлен между по0

5

0

5

0

5

0

лупрозрачным зеркалом 8 и источником

7поляризованного излучения, а другой - между полупрозрачным зеркалом

8и приемником 9 поляризованного излучения, и зеркала 12, установленного внутри кольца 5 и обращенного зеркальной поверхностью к подложке 2.

Внутренняя поверхность 13 кольца 5 выполнена с убывающим диаметром в направлении стержня концентратора 4, и ось кольца 5 совпадает с осью стержня

Источник 7 поляризованного излучения выполнен в виде ксеноновой лампы 14 и линзы 15, а приемник 9 поляризованного излучения - в виде матрицы 16 фотодиодов, электрически связанной с ситемой (не показана) обработки данных. Внутренняя поверхность 13 кольца 5 может иметь различную форму, например, плоскую части однополостного гиперболоида.

Устройство работает следующим образом.

Подложку 2 с нанесенной на нее металлической пленкой 17 устанавливают на дне ванны 1. Ванну 1 заполняют гиротропной жидкостью 18. Включают источник 7 и приемник 9 поляризованного излучения и проводят юстировку оптической системы и проектирование оптического изображения поверхности раздела подложка - металлическая пленка на поверхности датчиков матрицы 16 фотодиодов. Включают источник 3 ультразвуковых колебаний, рабочая часть концентратора 4 которого передает колебания гиротропной жидкости 18, под действием которой в металлической пленке 17 возникает нарушение ее сплошности и появляются зоны разрушения,

Выполнение рабочей части концент- тратора 4 в виде кольца 5, у которого радиус внутренней поверхности 13 выполнен убывающим в направлении к проводнику упругой волны, при работе концентратора его внутренняя поверхность 13 становится излучающей, а возбуждаемый ею поток диспергирующей жидкости 18 воздействует на пленку 17 под углом, что способствует ее более интенсивному проникновению на границу раздела фаз и интенсифицирует процесс разрушения адгезионного соединения о

Жесткая связь кольца 5 с проводником упругой волны посредством дугообразных элементов 6, размещенных в плоскости, включающей ось проводника, симметрично относительно

этой оси, обеспечивает последователь- 25 кольца 5 к продольной оси проводника

833364

до 60° приводит к изменению площади центральной зоны на 50%. При испытаниях, как правило, целесообразно обеспечивать минимальную площадь центральной зоны, если не стоит задача определения влияния угла воздействия потока диспергирующей среды на продолжительность (интенсивность) про10 цесса разрушения покрытия. Это достигается подбором оптимального расстояния от торца кольца 5 до поверхности пленки 17.

Если радиус внутренней поверх15 ности 13 убывает в направлении к

провб днику упругой волны не по линейному закону при котором она имеет выпуклую форму при небольшом радиусе кривизны), частичное взаимное га20 шение потоков имеет место во всей облучаемой зоне пленки 17. При этом степень гашения определяется углом наклона касательной, проведенной через точку внутренней поверхности 13

Изобретение относится к испытательной технике, предназначено для определения адгезии металлических пленок и позволяет повысить точность определения и производительность испытаний путем обеспечения постоянства длины оптического пути измерительной системы и стабилизации процесса воздействия ультразвуковых колебаний на испытуемую поверхность пленки. Рабочую часть концентратора 4 выполняют в виде кольца, внутренний диаметр которого убывает в направлении стержня концентратора 4 и ось совпадает с осью стержня, и по крайней мере двух дугообразных элементов 6, диаметрально связывающих кольцо. При сообщении концентратору 4 ультразвуковых колебаний внутренняя поверхность 13 кольца становится излучающей, а возбуждаемый ею поток диспергирующей жидкости 18 воздействует на пленку 17 под углом, что обеспечивает интенсивное проникновение жидкости на границу раздела подложка- металлическая пленка. Внутри кольца 5 устанавливают зеркало 12, которое обеспечивает постоянное расстояние между источником 7 поляризованного излучения и постоянную интенсивность отражения потока излучения. 3 ил.

ное разделение упругой волны сначала на две, а затем на четыре идентичных волны, которые попарно перемещаются навстречу друг другу. Это обеспечивает некритичность выходной мощности ультразвукового потока к длине проводника упругой волны и стабилизацию плотности воздействующего на пленку 17 потока диспергирующей среды (так как пучности стоячей волны в кольце распределяются по диаметру кольца равномерно). При диаметр внутренней поверхности 13 убывает в направлении к проводнику упругой волны по линейному закону, интенсивное разрушение пленки 17 потоком среды постоянной плотности иде в зоне, имеющей контур кольца. Эта (зона является периферийной В центральной зоне покрытия практически разрушения не наблюдается, так как благодаря наложению воздействующих на пленку 17 в центральной зоне потоков диспергирующей среды, они частично гасят друг друга. Угол наклона внутренней поверхности кольца к продольной оси проводника упругой волны должен быть острым Он опре- . деляет соотношение площадей центральной и периферийной зон пленки 17 при ее испытании в условиях, когда рас- стояние от торца кольца 5 до поверхности пленки 17 не оптимально. Например, изменение указанного угла от 20

0

5

0

$

5

0

упругой волны, и эффективным диаметром кольца 5 при фиксированном расстоянии от торца кольца 5 до поверхности пленки 17 о В этом случае отсутствует четкое разделение периферийной и центральной зон,имеет место некоторое снижение мощности диспергирующих потоков среды, тем не менее процесс разрушения пленки 17 идет более интенсивно, чем при Обработке его потоком, воздействующим в нормальном направлении от концентратора с плоским торцом.

При вогнутой форме внутренней поверхности кольца 5 имеет место фокусировка потока диспергирующей сре- ды, что также позволяет интенсифицировать процесс разрушения пленки 17, когда фокус лежит в плоскости пленки 17. В этом случае, критерий выбора радиуса кривизны внутренней поверхности 13 кольца 5 определяется эффективным диаметром кольца 5 и габаритными размерами ванны 1 для диспергирующей среды, так как расстояние от внутренней поверхности кольца 5 до пленки 17 должно быть фиксированным.

Поток излучения от ксеноновой лампы 14, пройдя через фокусирующую линзу 15 и поляризатор 10, попадает на полупрозрачное зеркало 8 и частич-:

но отражается, а оставшаяся часть потока излучения проходит через подлож ку 2 на поверхность раздела подложка - металлическая пленка. При отсутствии зон разрушения металлической пленки 17 поток излучения отражается и полностью задерживается поляризатором И. При наличии зон разрушения металлической пленки 17 поток излучения проходит через металла ческую пленку 17 и попадает в гиро- тропную жидкость 18, которая начинает поворачивать плоскость поляриза ции. Поток излучения попадает на зеркало 12, отражается от него и, вторично пройдя зоны разрушения металлической пленки 17, преломляется зеркалом 8 в направлении поляри- 1 затора 11. Использование зеркала 12 для отражения потока излучения позволяет, наряду с обеспечением постоянного расстояния до источника 7 поляризованного излучения, предотвратить зеркальную поверхность от окисления. После прохождения потока через поляризатор 11 его интенсивность определяется сплошностью металлической пленки 17, и поток приобретает состояние,удобное для отражения на матрице 16 фотодиодов

ФмЛ .

4833366

приемника 9 поляризованного излучения. Формула изобретения

Устройство для определения адгезии металлических пленок, содержащее заполняемую жидкой средой ванну, дном которой является подложка из оптически прозрачного материала,

JQ внутренняя поверхность которой предназначена для нанесения на нее металлической пленки, источник ультразвуковых колебаний, связанньй с ним концентратор в виде стержня с соосной

15 с ним рабочей частью на его конце, предназначенной для размещения в жидкой среде со стороны подложки, и регистрирующую систему, размещенную с внешней стороны подложки, о т л и2о чающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности, рабочая часть концентратора выполнена в виде кольца, внутренний диаметр которого убывает по направ25 лению к стержню, и по крайней мере двух дугообразных элементов, диаметрально связывающих кольцо со стержнем, а устройство снабжено зеркалом, установленным внутри кольца и обра30 щенным зеркальной поверхностью к подложке.