Способ контроля плотности поверхностного слоя твердых тел Советский патент 1978 года по МПК G01N23/20 

1

Изобретение относится к рентгенооптическим методам контроля плотности вещества.

Известен способ контроля поверхностного слоя твердых тел, заключающийся в том, что коллимированный пучок рентгеновского излучения направляют на кристалл-монохроматор, регистрируют интенсивность монохроматизированного пучка, который затем направляют на исследуемую поверхность под углами полного внешнего отражения и регистрируют интенсивность отраженного пучка.

Иедостатком известного способа является недостаточная точность измерений, связанная с изменением облучаемой площади образца при изменении угла падения пучка на образец.

Известен способ рентгенографирования образцов, при котором величина облучаемой поверхности образца остается постоянной, что достигается за счет изменения щирины щели в зависимости от угла падения пучка.

Недостатком этого способа является значительное увеличение времени регистрации отраженного излучения, связанное с очень малой плотностью потока по поверхности образца падающего на малых углах излучения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ контроля плотности поверхностного слоя твердых тел, заключающийся в том, что исследуемую поверхность слоя твердых тел, заключающийся в том, что исследуемую поверхность образца облучают пучком монохроматического рентгеновского излучения под углами зеркального

отражения, регистрируют отрал енное излучение и по зависимости интенсивности отраженного излучения от угла падения пучка на исследуемую поверхность судят о плотности поверхностного слоя.

Недостатком прототипа является невысокая точность измерений при малых углах, связанная с изменением площади облучаемой поверхности при различных углах, а также с неполным перекрытием пучка при очень малых углах.

Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить точность измерений при малых углах.

Поставленная цель достигается тем, что

производят перемещение с постоянной скоростью исследуемой поверхности образца через сечение пучка при каждом фиксированном угле падения пучка на образец.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - скамья счетчика и кристалл-анализатор; на фиг. 3 - угловая зависимость коэффициента отражения при малом изменении

плотности контролируемой поверхности.

Генератор рентгеновского излучения 1 создает поток расходящихся лучей, часть кото pojjb коллиматором 2 направляется на крисV, талл монохроматор 3. Из дублета рентгеновского излучения, отраженного монохромато ром 3, щелями 4 и 5 выбирается наиболее интенсивная линия снектра. В зависимости от положения образца 6, который перемещается механизмом сканирования 7 в направлениях, указанных на чертеже стрелкой, рентгеновский пучок попадает либо непосредственно на кристалл-анализатор, либо предварительно отражаясь от поверхности образца 6.

Регистрация ннтенсивностей прямого и отраженного пучков до отражения от кристалла-анализатора осуществляется счетчиком излучения 9. Для уменьшения влияния рассеянного излучения перед счетчиком 9 установлена ограничивающая щель 8.

Кристалл-анализатор 10 установлен ассиметрично относительно оси вращения Oio-i2 и жестко закреплен на скамье 12 счетчика излучения 11, регистрирующего отражения от кристалла-анализатора пучка (см. фиг. 2). Такая установка, во-первых, обеспечивает перекрытие большего диапазона углов отражения от контролируемой поверхности, во-вторых, позволяет максимально упростить отсчет углов и перемещение вокруг оси Oio i2Несмотря на то, что при вращении счетчика 11 и кристалла-анализатора 10 углы поворота равны, в виду малости углового расстояния между прямым и отраженным пучками дифрагированные пучки не выходят за пределы чувствительной области детектора.

Вращение кристалла-монохроматора 3, образца 6, сканирующего механизма 7, щели 8, счетчика 9, кристалла-анализатора 10, счетчика 11 осуществляется вокруг указанных на фиг. 1 осей Оз, Об-9, Ою, ц соответственно.

В исходном положении счетчик 9 находится между образцом и кристаллом-анализатором, причем щель 8 перекрывает прямой пучок, так что на счетчик могут попасть только отраженные пучки. С помощью механизма сканирования образец вводят в пучок, а затем вращая его вокруг оси Ое-э, добиваются появления на счетчике 9 отчетливого отраженного

сигнала. После этого отводят счетчик 9 в стйрону от прямого и отраженного пучков, а образец выводят в крайнее (нижнее по чертежу) положение. Вращением кристалла-анализатора вокруг оси Ош, п определяют угловое положение максимума дифракционного пика прямого пучка фь а затем, вводя образец, отраженного пучка ф2. Очевидно, что угол наклона поверхности относительно пучка в таком слуfl- 2

. Определив таким обрачае равен

зом опорную угловую координату поверхности, повторно вводят между образцом и кристаллом-анализатором счетчик 9 в аналогичное указанному выше положение. Меняя угол наклона контролируемой новерхности, осуществляют съемку угловой зависимости коэффициеита отражеиия, по которой судят о плотности поверхностного слоя, причем при заданном угловом положении при неполном перекрытии пучка с помощью механизма сканирования поверхность проводят через все сечение прямого рентгеновского пучка. Это позволяет за время сканирования равномерно

осветить все участки поверхности и таким образом исключить влияние распределения интенсивности в профиле пучка на полученный результат, а использование счетчика 9 исключает необходимость прецизионного качания

кристалла-анализатора при измерении коэффициента отражения.

Формула изобретения

Способ контроля плотности поверхностного слоя твердых тел, заключающийся в том, что исследуемую поверхность образца облучают пучком монохроматического рентгеновского излучения под углами зеркального отражения, регистрируют отраженное излучение и по зависимости интенсивности отраженного излучения от угла падения пучка па исследуемую поверхность судят о плотности поверхностного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при малых углах, производят перемещение с постоянной скоростью исследуемой поверхности образца через сечение пучка при каждом фиксированном угле падения пучка на образец.

lD-1i