Термоэлектрический метод и устройство контроля толщины слоев двухслойных проводящих материалов

• Автор: Углова, Нина Владимировна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 188 с. : ил.

ГЛАВА 1 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЕВ ДВУХСЛОЙНЫХ

ПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ
1.1 Основные понятия в области толщинометрии покрытий
1.2 Методы разрушающего контроля толщины покрытий и слоев
1.3 Методы неразрушающего контроля толщины покрытий и слоев
1.4 Термоэлектрический метод контроля толщины слоев
Выводы по первой главе

ГЛАВА 2 СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
МЕТОДА КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЕВ
2.1 Виды тепловых полей в двухслойных материалах, обеспечивающих совпадение границы раздела слоев с изотермическими поверхностями
2.2 Контроль толщины слоев плоских двухслойных образцов при двухстороннем доступе к материалу
2.3 Контроль толщины слоев плоских двухслойных образцов при одностороннем доступе к материалу
^ Выводы по второй главе
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ В ПЛОСКИХ
ДВУХСЛОЙНЫХ ОБРАЗЦАХ
3.1 Математическая модель теплового поля в двухслойном образце, расположенном на массивной плите с большой
теплопроводностью
3.2 Имитационное физическое моделирование теплового поля в двухслойном материале с одинаковыми теплопроводностями

слоев

3.3 Имитационное физическое моделирование теплового поля в
^ двухслойном материале с разными теплопроводностями слоев
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4 ИСТОЧНИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ
4.1 Явления, возникающие при несовпадении границы раздела слоев материалов с изотермической поверхностью
4.2 Использование теплового экрана с целью повышения точности и локальности измерения толщины слоя
4.3 Анализ метода контроля толщины слоя
4.4 Анализ погрешностей предложенного метода контроля
4.5 Экспериментальные исследования плоских образцов двухслойных материалов
4.5.1 Условия проведения экспериментов и объекты исследований
4.5.2 Определение постоянной времени изменения теплового поля в образцах
4.5.3 Проведение многократных измерений
4.5.4 Изменение колебаний термоэлектрической способности в малой зоне поверхности биметаллической ленты
4.5.5 Изменение термоэлектрической способности по длине биметаллических лент
4.5.6 Определение толщины слоев биметаллической ленты
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы
В настоящее время все большее распространение получают измерения толщины слоев в двухслойных и многослойных проводящих материалах. Например, контроль покрытий, предохраняющих основной материал изделия от факторов, приводящих к его разрушению, контроль толщин слоев биметаллов.
Поверхностный износ деталей с покрытиями, как правило, начинается с небольших зон, в которых это покрытие подвергается более интенсивному воздействию агрессивных факторов или по сравнению с другими зонами имеет более слабую сопротивляемость, обусловленную пониженной плотностью, меньшей толщиной и т.д. Поэтому необходима разработка метода, позволяющего проводить контроль толщины покрытий и слоев с высокой степенью локальности, т.е. на малой площади поверхности.
Проблеме контроля толщины слоев двухслойных и многослойных материалов было посвящено значительное количество работ. Однако большинство из них рассматривало разрушающие способы контроля, использующие химические и физические методы. В то же самое время для промышленности особо важное значение имеют неразрушающие методы контроля. В этой области были проведены крупные работы Л.М. Суворовым, И.А. Кузнецовым, A.A. Лухвичем, В.И. Шарандо и др. Разработанные ими методы контроля можно подразделить на две основные группы: методы контроля средней толщины покрытий на значительной площади и локальные методы измерения толщины слоев.
Переход в приборостроении к миниатюризации изделий, контроль изделий, имеющих поверхности сложной формы, приводит к необходимости контроля толщины слоев металла на малых площадях поверхности. Таким образом, одним из основных требований, предъявляемых в настоящее время

Из выражения (2.21) следует, что градиенты температуры, соответствующие цилиндрическим поверхностям с радиусами г, и гк определяются следующим образом
—1 —= ~А, —, (2.22)
Ъг)а Лаг№1 Иа г/ К ’
= —— = -Рь—, (2.23)
дг )ь 1ьгкй((х11 гк
г с1() где К] — -
(И-йср
Перепад температур между внешней поверхностью слоя а и границей раздела слоев
в,-@2=-)к,ра — = к,рап—. (2.24)
Г г
г 'I гр
Из выражения (2.19) следует, что ггр = йя + г. Подставив это значение в (2.24) находим
е2=&1-К,ра1 п-^—. (2.25)
К+г
Аналогично перепад температур между границей раздела слоев и внешней поверхностью слоя Ь
®2-®з=-]к,Рь — = К,рьЫ^—, (2.26)
Р П л
откуда
®2=&3+К1Рьп^ . (2.27)

Приравняв (2.25) и (2.27), получаем: