RU2199111C2 - Способ определения шероховатости поверхности - Google Patents
Способ определения шероховатости поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2199111C2 RU2199111C2 RU2001112404A RU2001112404A RU2199111C2 RU 2199111 C2 RU2199111 C2 RU 2199111C2 RU 2001112404 A RU2001112404 A RU 2001112404A RU 2001112404 A RU2001112404 A RU 2001112404A RU 2199111 C2 RU2199111 C2 RU 2199111C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- roughness
- layer
- protons
- flux
- irradiation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 13
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 238000005001 rutherford backscattering spectroscopy Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004347 surface barrier Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WIKSRXFQIZQFEH-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Pb] Chemical group [Cu].[Pb] WIKSRXFQIZQFEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004439 roughness measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для контроля состояния и класса обработки поверхности изделий. Сущность изобретения: предварительно на поверхность наносят слой материала таким образом, чтобы не происходило образования диффузионного слоя с материалом поверхности. Облучают поверхность потоком протонов или дейтронов. В качестве контролируемого параметра регистрируют поток обратно рассеянных протонов или дейтронов, на основании которого определяют толщину слоя переменного состава из материала нанесенного слоя и материала поверхности, соответствующую степени шероховатости. Технический результат заключается в упрощении способа, повышении точности и диапазона измерений. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для контроля состояния и класса обработки поверхности изделий.
Известен способ измерения шероховатости поверхности электропроводящих изделий (авторское свидетельство СССР 1120159, кл. G 01 В 7/34, 23.10.1984), заключающийся в том, что между поверхностью изделия и установленным на фиксированном расстоянии от нее измерительным электродом прикладывают высоковольтное напряжение и измеряют ток разряда между ними, по величине которого определяют степень шероховатости, причем до приложения высоковольтного напряжения на поверхность изделия подают низковольтный потенциал и воздействуют аэрозолем, содержащим масло. Применение способа ограничено классом обработки поверхности не более 9 и 10 с высотой неровностей более 200 нм, и, кроме того, требует наличия эталонных поверхностей и снятия сравнительных калибровочных кривых.
Известен также способ измерения шероховатости и неровности поверхности (авторское свидетельство СССР 1019232, кл. G 01 В 7/34, 23.05.1983), заключающийся в том, что на измеряемой и эталонной поверхностях формируют в идентичных условиях электрические конденсаторы путем последовательного нанесения нижнего электропроводящего, диэлектрического и верхнего электропроводящего слоев, повторяющих неровности и профиль этих поверхностей и имеющих одинаковые размеры, измеряют их емкости и по результату сравнения определяют степень шероховатости и неровности поверхности. Способу также свойственны недостатки, обусловленные необходимостью наличия эталонных поверхностей и ограничением измерений шероховатости для классов обработки изделий более высоких чем 10.
В способе измерения шероховатости (авторское свидетельство СССР 819587, кл. G 01 В 7/34, 08.04.1981) поверхность образца для измерения облучают потоком электронов под углами 88,5 и 45o, измеряют интенсивность излучения в оптическом диапазоне и измеряют величину шероховатости по отношению измеренных интенсивностей. Для реализации способа также необходима зависимость логарифма отношения интенсивностей от высоты неровностей профиля, то есть проведение предварительных калибровочных измерений с эталонными образцами.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ определения шероховатости поверхности (авторское свидетельство СССР 1816963, кл. G 01 В 7/34, 23.05.1993), заключающийся в том, что контролируемую поверхность подвергают физическому воздействию - облучению потоком ускоренных ионов, измеряют контролируемый параметр - коэффициент ионно-электронной эмиссии и сравнивают его с эталонной величиной этого параметра - коэффициентом ионно-электронной эмиссии для гладкой поверхности, изготовленной из того же материала. Недостатком способа является необходимость изготовления эталонных образцов шероховатости поверхности из материала, идентичного материалу контролируемой поверхности, и проведения калибровочных измерений, что усложняет способ. Кроме того, сравнение результатов несколько снижает точность измерения.
Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в упрощении способа, повышении точности и диапазона измерений.
Указанный технический результат обеспечивается в способе определения шероховатости поверхности, заключающемся в физическом воздействии на поверхность облучением, измерении контролируемого параметра и определении на его основании степени шероховатости, в котором предварительно на поверхность наносят слой материала таким образом, чтобы не происходило образования диффузионного слоя с материалом поверхности, облучение осуществляют потоком протонов или дейтронов, в качестве контролируемого параметра регистрируют поток обратно рассеянных протонов или дейтронов, на основании которого определяют толщину слоя переменного состава из материала нанесенного слоя и материала поверхности, соответствующую степени шероховатости. Облучение осуществляют протонами с энергией, необходимой для резонансной ядерной реакции материала нанесенного слоя, а в качестве контролируемого параметра регистрируют поток вторичных γ-квантов. Нанесение на поверхность слоя материала осуществляют магнетронным напылением.
Предварительное нанесение слоя материала на контролируемую поверхность позволяет заполнить неровности поверхности и создать слой переменного состава из нанесенного материала и материала поверхности, что дает возможность прямого измерения высоты неровностей, упрощает способ и повышает точность измерения.
Использование потока протонов или дейтронов для облучения поверхности позволяет организовать проникновение частиц до материала основы поверхности и делает возможным прямое измерение шероховатости, размеры которой могут меняться от десятков нанометров до нескольких микрон, что расширяет диапазон измерений и делает способ применимым для всех классов обработки изделий. Регистрация обратно рассеянных протонов или дейтронов обеспечивает собственно измерение толщины слоя переменного состава - высоту профиля шероховатости. Возможность прямого измерения шероховатости поверхности позволяет упростить способ, так как не требует наличия эталонных поверхностей и снятия калибровочных кривых.
Использование протонов с энергией, необходимой для резонансной ядерной реакции материала нанесенного слоя, с последующей регистрацией потока вторичных γ-квантов позволяет повысить точность измерения профиля и измерить шероховатость с высотой неровностей до 10-20 нм, что соответствует 14 классу обработки поверхности.
Нанесение на поверхность слоя материала магнетронным напылением предотвращает вследствие сверхбыстрой закалки частиц материала на поверхности образование диффузионного слоя, что повышает точность измерения, особенно при измерении шероховатости поверхности высокого класса обработки.
Способ реализован для определения шероховатости поверхности изделий на тандемном ускорителе УКП-2-1 Института ядерной физики. Примеры использования и результаты определений изложены ниже.
Пример 1. При определении шероховатости медной фольги толщиной 5 мкм, полученной напылением на подложку и отделенной от нее, на поверхность фольги предварительно нанесен слой свинца толщиной 800 нм. При определении использовано облучение потоком протонов с энергией пучка 1•106эВ, токе пучка на поверхности 1•10-9 А и заряде 5•10-4 Кл. Направление пучка составило 90o по отношению к плоскости поверхности. Поверхностно-барьерный детектор, размещенный под углом 45o, регистрировал поток обратно рассеянных протонов. При определении толщины слоя переменного состава медь-свинец использован метод Резерфордовского обратного рассеяния (RBS), при обработке результата определения - программа RUMP. При измерении толщина слоя переменного состава, что соответствует степени шероховатости с высотой неровностей профиля Rz, равна 600 нм при погрешности определения 10%.
Пример 2. При определении шероховатости массивного образца железа с полированной поверхностью предварительно магнетронным напылением нанесен слой бериллия толщиной 400 нм. Использовано облучение потоком дейтронов с энергией пучка 8•105 эВ, токе пучка на поверхности 1•10-9 А и заряде 5•10-4 Кл. Направление пучка составило 90o по отношению к плоскости поверхности, поверхностно-барьерный детектор, регистрирующий поток обратно рассеянных дейтронов, размещен под углом 45o. При определении толщины слоя переменного состава железо-бериллий использован метод RBS, при обработке результата определения - программа RUMP. При измерении толщина слоя переменного состава, что соответствует высоте неровностей профиля Rz, определена равной 200 нм, при погрешности определения 10%.
Пример 3. При определении шероховатости зеркального образца магнетронным распылением нанесен слой алюминия толщиной 100 нм. Использовано облучение потоком протонов с фиксированной энергией пучка, равной 9,92•105 эВ и токе пучка на поверхности 1•10-3 А. Направление пучка составило 90o по отношению к плоскости поверхности, детектор -(NаJ)-сцинтиллятор размещен за образцом по оси пучка протонов. При определении толщины слоя переменного состава использован метод резонансных ядерных реакций, в частности ядерная реакция 27А1(р, γ)28Si. В результате толщина слоя переменного состава определена равной 30 нм, что соответствует шероховатости с высотой неровностей 14 класса обработки поверхности. Погрешность измерения 10%.
Таким образом, примеры использования способа определения шероховатости поверхности и результаты, изложенные в них, свидетельствуют об упрощении способа, возможности прямого измерения параметров шероховатости, достаточно высокой точности и широком диапазоне измерения.
Claims (3)
1. Способ определения шероховатости поверхности, заключающийся в физическом воздействии на поверхность облучением, измерении контролируемого параметра и определении на его основании степени шероховатости, отличающийся тем, что предварительно на поверхность наносят слой материала таким образом, чтобы не происходило образование диффузионного слоя с материалом поверхности, облучение осуществляют потоком протонов или дейтронов, в качестве контролируемого параметра регистрируют поток обратно рассеянных протонов или дейтронов, на основании которого определяют толщину слоя переменного состава из материала нанесенного слоя и материала поверхности, соответствующую степени шероховатости.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение осуществляют протонами с энергией, необходимой для резонансной ядерной реакции материала нанесенного слоя, а в качестве контролируемого параметра регистрируют поток вторичных γ-квантов.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что нанесение на поверхность слоя материала осуществляют магнетронным напылением.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ2000/1143.1 | 2000-10-23 | ||
| KZ20001143 | 2000-10-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2199111C2 true RU2199111C2 (ru) | 2003-02-20 |
Family
ID=19720715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001112404A RU2199111C2 (ru) | 2000-10-23 | 2001-05-04 | Способ определения шероховатости поверхности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2199111C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612755C1 (ru) * | 2015-10-23 | 2017-03-13 | Владимир Викторович Белкин | Способ контроля шероховатости поверхности шахтных стволов в соляных породах |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0509675A2 (en) * | 1991-04-13 | 1992-10-21 | T&N TECHNOLOGY LIMITED | Measurement of surface roughness |
| EP0586795B1 (de) * | 1992-09-09 | 1997-05-14 | TZN Forschungs- und Entwicklungszentrum Unterlüss GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Überprüfung der Oberflächenrauhigkeit von Materialien |
| RU2133943C1 (ru) * | 1997-09-29 | 1999-07-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ измерения шероховатости поверхности |
-
2001
- 2001-05-04 RU RU2001112404A patent/RU2199111C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0509675A2 (en) * | 1991-04-13 | 1992-10-21 | T&N TECHNOLOGY LIMITED | Measurement of surface roughness |
| EP0586795B1 (de) * | 1992-09-09 | 1997-05-14 | TZN Forschungs- und Entwicklungszentrum Unterlüss GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Überprüfung der Oberflächenrauhigkeit von Materialien |
| RU2133943C1 (ru) * | 1997-09-29 | 1999-07-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ измерения шероховатости поверхности |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612755C1 (ru) * | 2015-10-23 | 2017-03-13 | Владимир Викторович Белкин | Способ контроля шероховатости поверхности шахтных стволов в соляных породах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jablonski | Elastic backscattering of electrons from surfaces | |
| Tendys et al. | Plasma immersion ion implantation using plasmas generated by radio frequency techniques | |
| KR0157373B1 (ko) | 코로나 방전 건 | |
| Liehr et al. | Characterization of insulators by high-resolution electron-energy-loss spectroscopy: Application of a surface-potential stabilization technique | |
| US12480897B2 (en) | Work function measurements for surface analysis | |
| Jbara et al. | Surface potential measurements of electron-irradiated insulators using backscattered and secondary electron spectra from an electrostatic toroidal spectrometer adapted for scanning electron microscope applications | |
| Okai et al. | Study on image drift induced by charging during observation by scanning electron microscope | |
| Rau et al. | Modification of the model of charging dielectrics under electron beam irradiation | |
| RU2199111C2 (ru) | Способ определения шероховатости поверхности | |
| Themner | Elemental losses from organic material caused by proton irradiation | |
| Rau et al. | Comparison of experimental and Monte Carlo simulated BSE spectra of multilayered structures andin-depth'measurements in a SEM | |
| Rau et al. | A novel method for measuring the charging kinetics of dielectrics under electron irradiation in SEM | |
| JP6020825B2 (ja) | 有機物試料の深さ方向分析方法 | |
| JP6331960B2 (ja) | 薄膜状の試料の前処理方法および分析方法 | |
| Van Der Gon et al. | Thermionic cathodes studied by low-energy ion scattering spectroscopy | |
| JP2996210B2 (ja) | 試料吸収電流分光法 | |
| JP3916100B2 (ja) | 微小部分の膜厚測定方法 | |
| US7205539B1 (en) | Sample charging control in charged-particle systems | |
| Brown | New approaches to quantitative x-ray microanalysis of thin films and surfaces | |
| Gibson et al. | A simple method for determining shallow charge distributions in dielectrics via pulsed electroacoustic measurements | |
| Jiang et al. | A Novel Approach for the Determination of the Actual Incidence Angle in a Magnetic‐sector SIMS Instrument | |
| RU2770409C1 (ru) | Способ определения размера фокусного пятна тормозного излучения ускорителя | |
| RU2807638C1 (ru) | Способ контрастирования слоя нитрида кремния на двуокиси кремния в растровой электронной микроскопии | |
| JPH03251760A (ja) | ビームアナリシス方法 | |
| Wang et al. | Determining E1 and E2 values for yttrium aluminum garnet ceramics using the Duane‐Hunt limit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120505 |