İyon Püskürtme Uygulamaları, Lazer Ablasyon ve Triboloji Deneyler: Beyaz Işık Interferometre ile yüzey modifikasyonları Karakterizasyonu

Optik Profilometri, büyük veya küçük nesnelerin yüzey yüksekliklerini mikron altı hassasiyetle ölçmek için kullanılan temassız bir yöntemdir. Aşağıdaki deneyin genel amacı, küçük alanların topografyasını ölçmek için hızlı bir yöntem olarak beyaz ışık interferometrik mikroskobu kullanmaktır, bu da mekanik aşınma işlemleri sırasında veya iyon püskürtme kraterleri veya lazer ablasyonu gibi malzeme aşındırma işlemleri sırasında kaybedilen malzeme miktarının ölçülmesini sağlar. Bu ölçüm, önce bir beyaz ışık girişim mikroskobu kullanılarak test yüzeylerinin üç boyutlu profillerinin elde edilmesiyle elde edilir.

Tutarsız beyaz ışık, farklı girişim desenleri oluşturacaktır. Yalnızca yol uzunluğu gecikmeleri aynı olduğunda, yaygın olarak kullanılabilir. Yazılım ölçüm araçları, örneğin yoğun lazer ışınlaması veya enerjik iyonların neden olduğu orijinal yüzeydeki değişiklikleri belirlemek için kullanılır.

Bu, değiştirilmiş yüzeyin orijinal düz pürüzsüz yüzeyden çıkarılmasıyla yapılır. Bunu yaparken, kavisli bir yüzeyde aşınma izi gibi düz bir düzlem oluşturmak için yüzeydeki eğriliği gidermek için yazılım araçları kullanmak gerekebilir. Yöntemin iki alanda nasıl uygulanabileceği gösterilmiştir.

İlk olarak, üç mantıksal test numuneleri üzerindeki mekanik aşınma analizi, aşınma, aşınma izleri analiz edilir ve ikincisi, malzeme biliminde iyon ışını püskürtme veya lazer ablasyon hacimlerini ve derinliklerini belirlemek için analiz edilir. Bu tekniğin ekran kalemi, profilometri veya boyuta dayalı bir yaklaşım gibi diğer yöntemlere göre ana avantajı, hızlı ve doğru olmasıdır çünkü yöntem ayrıntılı üç boyutlu resim üretir. Lazer ablasyonu veya demir ışını sıçraması gibi düzensiz veya düzenli kraterleri ölçmek için çok kullanışlıdır.

İkincil olarak, trioloji alanında, aşınma miktarları oldukça küçük olabilir ve basit mikroskop tahminlerine dayanan yaklaşımlar yanıltıcı olabilir. Doğru sonuçların raporlanabilmesi için deforme olmuş bölgenin gerçek şeklini elde etmek gerekir. Aynı şey, örneğin, derinliğin belki de sadece 10 nanometre mertebesinde çıkarıldığı sıçrama deneylerinde de geçerlidir Optik bir profilometre ve topografik yazılımın kullanımını güvence altına alarak başlayın.

Bu gösteri, bir mikro muayene, 100 beyaz ışık girişim mikroskobu ve taramalı prob görüntü işlemci yazılımını kullanır. Aşağıdaki adımlar, trioloji veya yağlama biliminde olduğu gibi bir top üzerindeki küçük bir aşınma izinin hacminin nasıl ölçüleceğini göstermektedir. Bu sunumu mümkün olduğunca genel hale getirmek için otomatik işleme kullanılmaz.

İlk adım, numuneyi ölçüm aşamasına yerleştirmektir. Herhangi bir uygun ve sabit kaide kullanarak topu profilometre sahnesine yerleştirin. İlgilenilen özellik yukarı bakacak şekilde, düşük büyütmeli bir objektif kullanın ve topu doğrudan lensin altına yerleştirin.

Numunenin dikey konumunu, girişim saçakları ekranın merkezine yakın görünecek şekilde ayarlayın. Kavisli bir yüzey için, numuneyi saçaklar ortalanacak şekilde yönlendirin. Topu elinizle döndürün veya sahneyi eğin, böylece aşınma izi görünür ve varsa yatay olur.

Aşınmış ilgi alanının ekranı büyük ölçüde doldurduğu bir görüntü elde etmek için ara büyütme lensleri kullanın. Bunu yapmak, en iyi topografik haritayı elde etmek için çözünürlüğü iyileştirir, aydınlatmayı ve tarama yüksekliğini ayarlar. Veri toplarken, numuneyi cihaz talimatlarına göre tarayın.

Enterpolasyon işlevini kullanarak bozuk veya eksik verileri doldurun ve ardından haritayı 3B izometrik görünüm kullanarak kaydedin. Bu resim, topun AB örgülü bir alanını göstermektedir. Bu yüzeyin analizi, topun orijinal yüzeyinin düz görünmesi için görüntünün eğriliğinin kaldırılmasını gerektirir.

Çöküntü hacmi daha sonra 2D görünümde ölçülebilir, aşınma izini hariç tutan bir ilgi alanı seçilebilir. Burada, yeşil gölge hariç tutulan bölgeyi belirtir. Görüntü analiz programının yüzey düzeltmesini tüm alana uyguladığından, ancak montajın yalnızca işaretlediğiniz ilgi alanı kullanılarak yapıldığından emin olun.

Eğriliği ortadan kaldıracak yazılım eğrisi uydurma aracını seçin. Örneğin, polinom beşinci dereceden. Yara izinin eğriliğin giderilmesini etkilememesi için dahil edilen alan üzerinde işlem yapma seçeneğini seçin.

Alanın iyi bir doğrulukla düz olduğundan emin olmak için uyumu birkaç kez çalıştırmak gerekebilir. Ortalama seviyeyi sıfıra ayarlayın. Daha koyu dairesel bölge çöküntüdür.

Aşınma izinin hacmi, ölçüm aleti kullanılarak görüntü işleme yazılımında ölçülür. Burada herhangi bir şekil kullanılabilir. Aşınma izini daire içine almak için mavi eliptik bir ölçüm aleti kullanılır.

Yazılım ölçüm aracı, seviye düzleminin üzerindeki malzeme miktarını ve seviyenin altında kaybedilen malzeme miktarını toplayan bir özelliğe sahip olmalıdır. Bu özel örnekte, iç kısım malzeme hacminin 136 mikron küp olduğunu göstermektedir. Boşluk hacmi 2.733 mikron küptür ve 2.597 mikron küp net aşınma sağlar.

Herhangi bir sistematik hatanın tahmini, ölçüm bölgesini aşınma izinden uzaklaştırarak ve sıfır olması gereken ölçülen aşınma hacminin gerçekten çok küçük olduğuna dikkat çekerek yapılabilir. Düz bir yüzeydeki aşınma izinin hacminin ölçümü, bir bilyeye göre daha basittir. Analize başlamak için, hendek oluğunun veya yara izinin bir görüntüsünü elde edin.

Herhangi bir numune eğimini çıkarmak genellikle iyi bir uygulamadır ve girişim saçakları birbirinden ayrılacaktır. Eğim kaldırıldığında, örneği tarayın. Bir oluk görüntülenmelidir.

Bu görüntü izometrik bir görünümdür. Yüzey yatay olmalıdır. Değilse.

Yara alanını maskeleyin ve yüzeyin geri kalanına bir düzlem eğim düzeltmesi uygulayın. Ayrıca maskelenmemiş yüzeyin ortalama yüksekliğini sıfıra ayarlayın. Bu örnekte, ilk yönlendirme neredeyse mükemmeldi.

Ardından, açmanın hacmini belirlemek için ölçüm aletini kullanın. Bu örneğin sayısal sonuçları, yüzeyin üzerinde 68 mikron küp malzeme hacmi olan 47.018 mikron küp hacimden kaçınır ve 46.950 mikron küp net kayıp verir. Bu, aşınma izinin uzunluğu boyunca kaybedilen malzeme miktarıdır.

Uygulamada, genellikle yüzeyin sadece pürüzlendirilmesi söz konusudur. Burada gösterilen ikinci bir örnekte, boşluk ve malzeme hacimleri neredeyse birbirine eşittir ve aslında çok az malzeme kaldırılmıştır. Bir iyon püskürtme veya lazerle kesilmiş kraterin hacim analizi, analize başlamak, kraterin merkeze yakın olduğu bir görüntü elde etmek ve tarama verilerini elde etmek için basittir.

Bazı beyaz ışık interferometreleri, sığ özellikler için birden fazla çalışma moduna sahip olabilir. Taramanın faz kaydırmalı interferometri modu kullanılmalıdır. Bu çok sığ örnekte kullanılan mod budur.

Bu örnekte, krateri çevreleyen alanın, önceki işlem adımları nedeniyle tamamen düz olmadığı ve ayrıca düzensiz çevredeki alanın etkisini ortadan kaldırmak için Z ekseninin kaydırıldığı görülmektedir. Alanı beyaz kutu tarafından gösterilen alanla sınırlamak için bir kırpma aracı kullanılabilir. Görüntü, çevre etrafındaki bozulmamış alan z'de sıfıra eşit olacak şekilde kaydırılmalıdır.

Bu, istenirse bir çerçeve veya Z ofset aracı kullanılarak yapılabilir. Kraterin doğru hizalanması, bir 3D görünüm kullanılarak doğrulanabilir. Krater artık standart ölçüm aleti kullanılarak ölçülebilir.

Yine, mavi vurgulanan bölgenin malzeme hacmi ve boşluk hacmi ölçülecektir. Kraterin net hacmi 86.146 mikron küptür. Derinlik analizi için, derinliği, asimetriyi, duvar eğimini vb. ölçmek için çeşitli çizgi profili araçları kullanılabilir.

Bu örneklerde mühendislik ve malzeme bilimi için test numunelerini ölçmek için optik profilometri kullanılmıştır. Yöntem diğer alanlarda, hatta kıkırdak yüzeylerinin incelenmesi için biyomedikal olarak da kullanılabilir. Bu yöntem için ilk olarak, diğer tekniklerin görevlerimiz için uygun olmadığını öğrendiğimizde aklımıza geldi.

Örneğin, atomik kuvvet mikroskobu, tarama aralıklarında çok sınırlıdır. Mekanik stiller. Periferik görüntüler yalnızca bir boyutludur ve çoğu durumda taramalı elektromikroskopi esasen yalnızca düz görüntüler verir.

Yöntemin bu görsel gösterimi yararlıdır çünkü tekniğe aşina olmayan insanlara nasıl çalıştığı hakkında bir fikir verir. Umarım, başkalarının beyaz ışık interferometrisini kendi çalışma alanlarına uygulamalarına yol açacaktır.