Измерение теплофизических свойств материалов методом лазерной термомодуляционной эллипсометрии

• Автор: Уймин, Анатолий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 163 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ
1.1. Нестационарные методы измерения
теплофизических свойств материалов
1.1.1 . Импульсные методы
1.1.2 . Методы регулярного теплового режима первого
и второго рода
1.2. Метод температурных волн
1.3. Методы лазерной диагностики
1.4 . Метод модуляционной эллипсометрии
Цели и задачи исследования
2. МЕТОД ТЕРМОМОДУЛЯЦИОННОЙ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ
(ТМЛЭ)
2.1 . Теоретическое обоснование эллипсометрической методики измерений параметров температурной волны
на поверхности твердых тел
2.2 . Метод скрещенной геометрии
2.3 . Компенсационный метод
2.4 . Оптимальная геометрия в методе модуляционной
эллипсометрии
2.5. Требования к установке и методике измерения
температуропроводности
Выводы
3. АНАЛИЗ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО НАГРЕВА В МЕТОДЕ ТМЛЭ
3.1 . Постановка тенлофизической задачи для измерения
температуропроводности методом ТМЛЭ
3.2 . Анализ решения уравнения теплопроводности для амплитуды и фазы температурной волны
за границей пятна нагрева
3.2.1. Анализ решения уравнения теплопроводности для амплитуды температурной волны вблизи границы
пятна нагрева
3.2.2. Анализ решения уравнения теплопроводности для фазы температурной волны вблизи границы
пятна нагрева
3.3 Численный анализ решения уравнения теплопроводности для фазы вблизи центра пятна
3.4 Оценка максимальной температуры перегрева в центре
пятна греющего излучения
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
4.1 . Функциональная блок-схема установки
4Л. 1. Блок модулированного греющего излучения
4.1.2. Блок эллипсометра с оптоэлектронным устройством регистрации
4.1.3. Вакуумная камера
4.1.4 . Амплитудно-фазовый измеритель
4.2 . Методика измерения коэффициента температуропроводности
4.2.1 .Методика определения оптимальной
поляризационной геометрии в методе
термомодуляционной лазерной эллипсометрии
4.2.2. Подготовка образцов
4.2.3 . Порядок проведения эксперимента
Выводы
5. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ
5.1. Виды погрешностей
5.2. Соотношения для вычисления погрешностей
5.3. Оценка погрешностей измерения коэффициента температуропроводности
5.4. Результаты калибровочных измерений
Выводы
6. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ТЕРМОМОДУЛЯЦИОННОЙ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
6.1 . Исследование теплофизических свойств субмикро-
и нанокристаллических материалов
6.1.1. Способ получения объектовисследования
6.1.2 . Исследование зависимости температуропроводности от степени деформации и размера кристаллитов
металлов 2г, 1г и стали 12Х18Н10Т
6Л.2.1. Объекты исследования и их свойства
6.1.2.2. Результаты измерения температуропроводности деформированных 7л, 1г, стали 12Х18Н10Т на
фиксированном расстоянии от центра симметрии
6.1.3. Исследование пространственной и температурной зависимости температуропроводности
деформированных материалов на примере Рс1

Ed -k |p2 e'Sl Ij/oje'0' cosôcos/> + sinésinJp]cosfl + px e'd' sin b cos P - cos b sin psin a}
(2.4)
где а - угол, определяющий направление пропускания анализатора. В положении гашения излучения:
Ео=0, Р=Р0, а=а0 (2.5)
где Р0, а-о - положения гашения излучения поляризатора и анализатора соответственно. Из (2.4) и (2.5) получим уравнение:
. id j
I pelS' + tgbtgP0
tgaо - Pi Iе
I Г p>"'[ ter h — fer і
Pi eiS' tgb - tgP0 (2-6)
При 45 положении компенсатора tgb= 1, а в идеальном случае пропускания компенсатора |уО/| = 1, 8=к/2. Тогда выражение (2.6) примет вид:

т„ j iSi е2 +t§Po
-tgaо =Р2е
«- (2.7)
е 2 ~tgP0
Из этого уравнения, разделяя мнимую и действительную части, находим выражения р21 и 82 через Р0 и а0. Подставляем их в уравнение (2.4) для напряженности электрического поля, прошедшего анализатор Еа Результирующая интенсивность прошедшего излучения:
I-Ed2 =/0[sin2(a-a0) + sin2asin2a0 sin2(P-Р0)] (2.8)
где 10 - константа, пропорциональная начальной интенсивности излучения, Р0, а0 - положения гашения.
Используя основное уравнение эллипсометрии [97] :
Rf/Rs - Itgylës (2.9)