专利名称：测试固体表面与界面特性的方法
技术领域：
本发明专利是一种用激光技术测试固体表面与界面特性的方法。
目前国内外在测试固体材料和构件表面与界面特性的方法中，最常用的是用应变片的电测方法来测试应变、应力，该方法精度不高，在ENP87091139上公开了一种测试固体表面与界面特性;用激光斑纹法测试应力应变的精确度虽然高，不过由于对环境要求很高和光信息处理的极其复杂而不便实施和应用。在P86122544上公开了用x射线法测量残余应力、应变的方法，由于受材料内部组织状况的影响使测量精度受限制，且设备复杂而不易实施应用。
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处，提供出一系列以一维表面波光栅线阵分布衍射光斑的、具有现代光学精度的、调整自动地测试固体表面与界面特性的方法，分析其随环境条件变化的规律。
本发明的目地通过以下措施来实现本方法是在固体材料或构件的表面上用光刻、溅射、刻划的方法制作出平行等间隔的沟槽-反射式一维表面波光栅，当用激光束照射时，产生一列线阵分布的衍射光斑。
对衍射光斑之间的夹角，利用游标可直读或采用电荷耦合光电器件CCPD、驱动电路、模数转换、计算机系统，高精度、快速地自动处理固体材料表面与界面动态特性的光信息。
由衍射光斑的分布及其变化取得应力、应变、张力等的定量结果。
由衍射光斑的光强变化取得原子扩散系数等的定量结果。
可在常温、大气压下加载荷或腐蚀剥层，或在高温、真空的条件下测试分析其随环境条件改变的变化规律。为此设置温度控制系统、真空系统、水冷却系统及自动处理光信息系统。
试样上的表面光栅，总是和激光入射束、反射束所在的平面相垂直，该平面可沿水平轴旋转90度放置，让平面呈水平状或竖直状。
本发明与现有技术的对比具有的优点如下1.本方法能直接在材料或构件表面上制作的一维表面波光栅是一种反射式光栅，因此可实用于在常温或高温、真空的条件下测试分析各种金属、复合材料表面与界面的特性，具有广泛的应用前景;
2.在测试分析方面，开发了一种具有近代光学测量精度的方法，为材料与工程技术的研究与发展提供了新的研究手段，而具有深远的影响和意义;
3.由于一维表面波光栅在激光束的照射下，形成一列线阵分布的衍射光斑，便于采用线阵光电器件等光信息处理系统，既增强了抗外界干扰的能力，又提高了测量精度，因此具有高精度、快速、自动采样和处理固体表面与界面动态特性的优越性;
4.本发明开创了新颖的测量方法，为固体表面与界面特性的测试分析提供了新的研究手段，具有显著效益，可靠易施。
附面说明实施例的示意图激光源(1) 试样(2) 表面波光珊(3)电热炉(4) 水冷却包(5) 真空室(6)半园环刻度盘(7) 光信息处理系统(8) 衍射光斑(9)温控系统(10) 冷却系统(11) 真空系统(12)本发明的方法结合实施例作以下说明1.试样(2)表面向前方或朝上放置，试样表面槽沟-表面波光栅(3)依实验要求而取向，通常可以制作成水平、垂直及45度角的三组槽沟;
2.试样(2)表面与含激光(1)入射束、反射束的平面呈相互垂直的放置，与此相应半园环刻度尺和激光(1)入射束、反射束组成的平行面呈水平或竖直放置;
3.衍射光斑(9)的衍射角读数需增加游标，予以提高测试精度，或用线阵电荷耦合光电器件CCPD、驱动电路、模数转换、计算机系统，高精度、快速地自动处理固体材料表面与界面动态特性的光信息;
4.可在常温、大气压下测试，亦可在高温1000℃以下真空10-6托下测试分析。
权利要求
1.本发明涉及一种测试固体表面与界面特性的方法，其特征在于在固体材料表面上用光刻、离子溅射、刻划的方法制作出平行等间隔的槽沟，原子自动地从具有高化学势的峰流向低化学势的谷，形成反射式固体一维表面波光栅；
2.根据权利要求1所述的测试固体表面与界面特性的方法，制作的一维表面波光栅，其特征是在激光束的照射下，形成一列线阵分布的清晰的衍射光斑，可直接读出衍射角或由电荷耦合光电器件(CCPD)、驱动电路、模数转换、计算机等系统自动地进行衍射光斑的光强分布及变化的光信息处理，由表面波光栅常数及其变化规律得到固体表面与界面的应变、应力和张力的分布以及变化的动态特性;
3.根据权利1、2所述的测试固体表面与界面特性的方法，制作表面波光栅的光信息处理方法，其特征还在于原子扩散的结果引起表面波光栅振幅变矮的状况，由衍射光斑的光强变化规律，得到固体表面与界面原子扩散的动态特性;
4.根据权利要求2、3所述的测试固体表面与界面特性的方法，其特征是要在高温和真空条件下，测试分析应变、应力、张力以及原子扩散随温度变化的规律;
5.根据权利要求2、3所述的测试固体表面与界面特性的方法，其特征是在常温下加载荷或剥层的方法，测试其表面与界面或沿深层分布的应变、应力、张力、原子扩散的定量结果。
全文摘要
本发明是在固体表面形成的一种反射式一维表面波衍射光棚。在激光束的照射下，产生一列线阵分布的衍射光斑，采用线阵电荷耦合光电器件等系统，得到高精度、快速、自动的光信息处理，取得固体表面与界面的应力、应变、原子扩散等的动态特性，为生产、科研、教学实验开创了研究分析的新方法，具有很高的应用价值。
文档编号G01N13/00GK1054832SQ9110199
公开日1991年9月25日 申请日期1991年3月27日 优先权日1990年3月26日
发明者杨永正 申请人:西北工业大学