專利名稱：對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)材料表面吸附物和污染物檢測(cè)的方法和裝置，屬于材料分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高功率強(qiáng)激光及應(yīng)用系統(tǒng)中，強(qiáng)激光的傳輸和會(huì)聚的光學(xué)系統(tǒng)，一般放置在真空系統(tǒng)或充保護(hù)氣體的真空系統(tǒng)中，光路傳輸中散射出來(lái)的強(qiáng)激光還會(huì)作用到光路以外區(qū)域的各種部件、材料上，引起材料表面物質(zhì)的吸附物質(zhì)的脫附，以及表面不清潔物質(zhì)的揮發(fā)等效應(yīng)，形成蒸汽、氣溶膠或顆粒物等污染物質(zhì)，這些物質(zhì)是形成光學(xué)系統(tǒng)污染的重要因素，將影響光學(xué)元件的透過(guò)率和光束質(zhì)量，并因?yàn)橥高^(guò)率的降低產(chǎn)生熱效應(yīng)，對(duì)光學(xué)元件產(chǎn)生不良影響。因此，如何控制材料表面清潔度，減小對(duì)光學(xué)元件的污染是一個(gè)非常重要的。同時(shí)對(duì)于其他真空行業(yè)、食品衛(wèi)生行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)等對(duì)材料清潔度要求非常高的系統(tǒng)中，也需要有效地控制材料表面清潔度。因此在相關(guān)系統(tǒng)的制造過(guò)程中對(duì)材料表面清潔度方便快速的檢測(cè)方法有非常好的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有技術(shù)中有利用激光、電子束轟擊材料表面進(jìn)行表面成分分析的大型分析儀器，但基本上是通過(guò)激光產(chǎn)生的反射、閃射光譜進(jìn)行成分分析或材料在電子轟擊下的二次電子能量譜分布等進(jìn)行分析，系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)境條件要求高，不適合現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)需求。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的是提供一種采用激光蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)方法檢測(cè)材料表面清潔度的裝置。該裝置具備快速進(jìn)行材料表面吸附物、殘留污染物的檢測(cè)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作。技術(shù)方案本實(shí)用新型的對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置包括一帶有激光光窗的采樣器、密封機(jī)構(gòu)、激光器、真空計(jì)、氣體成分分析器和真空系統(tǒng)；在采樣器的下部周邊設(shè)有密封機(jī)構(gòu)，在采樣器的上部設(shè)有激光光窗，在激光光窗外設(shè)有激光器，真空計(jì)、氣體成分分析器和真空系統(tǒng)位于采樣器的側(cè)面。氣體成分分析器，是質(zhì)譜儀、色譜儀、色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀或光譜儀的氣體成分分析儀器。所述的激光器作為激光電離源，直接產(chǎn)生離子進(jìn)入需要離子源的氣體成分分析器，這時(shí)的氣體成分分析器不帶離子源。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)具備快速進(jìn)行材料表面吸附物、殘留污染物的檢測(cè)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作。

圖1是采用激光的表面清潔度檢測(cè)裝置示意圖，[0011]圖2是一種直角表面材料與采樣器密封的示意圖，圖3采用電子槍進(jìn)行表面清潔度檢測(cè)的裝置示意圖，圖4 一種樣品較小時(shí)樣品放置在采樣器內(nèi)的裝置示意圖，圖5 —種樣品較薄時(shí)下面鋪墊基板的裝置示意圖，其中有采樣器1、激光光窗2、密封機(jī)構(gòu)3、激光器4、真空計(jì)5、氣體成分分析器6、 真空系統(tǒng)7、被分析樣品8、電子槍9、輔助基板10。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型采用激光作用材料表面或采用電子束作用到金屬材料表面的方法，使材料表面吸附的氣體、清洗不充分遺留在表面的污染物等蒸發(fā)到采樣器內(nèi)，并進(jìn)入到氣體成分分析器中，進(jìn)行氣體成分分析。氣體成分分析器可以是四極質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜等質(zhì)譜儀、氣相色譜儀、色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀等氣體成分分析儀器。用真空計(jì)記錄檢測(cè)過(guò)程中的壓強(qiáng)變化，壓強(qiáng)的高低反應(yīng)表面清潔度的高低。激光和電子束還可以起到光電離和電子電離的作用，作為質(zhì)譜等氣體成分分析儀器的離子源使用。本實(shí)用新型的對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置包括一帶有激光光窗2的采樣器1、密封機(jī)構(gòu)3、激光器4、真空計(jì)5、氣體成分分析器6和真空系統(tǒng)7 ；在采樣器1的下部周邊設(shè)有密封機(jī)構(gòu)3，在采樣器1的上部設(shè)有激光光窗2，在激光光窗2外設(shè)有激光器4，真空計(jì)5、氣體成分分析器6和真空系統(tǒng)7位于采樣器1的側(cè)面。氣體成分分析器6，是質(zhì)譜儀、色譜儀、色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀或光譜儀的氣體成分分析儀器。所述的激光器4作為激光電離源，直接產(chǎn)生離子進(jìn)入需要離子源的氣體成分分析器， 這時(shí)的氣體成分分析器不帶離子源。對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置的檢測(cè)方法將被分析樣品8通過(guò)密封機(jī)構(gòu)3與采樣器連接在一起，采用真空系統(tǒng)7對(duì)整個(gè)檢測(cè)裝置抽真空到氣體成分分析器可工作的狀態(tài)，用真空計(jì)5記錄檢測(cè)裝置內(nèi)的壓強(qiáng)；將激光器4產(chǎn)生的激光通過(guò)激光光窗2照射到被檢測(cè)樣品8的表面，使樣品表面的材料蒸發(fā)到采樣器空間，并由氣體成分分析器6進(jìn)行檢測(cè)， 氣體成分表示材料表面吸附或污染物的成分；通過(guò)調(diào)整激光器的功率、作用時(shí)間和束斑大小，可以對(duì)不同材料的進(jìn)行分析，真空計(jì)的壓強(qiáng)高，代表蒸發(fā)物多，代表材料表面清潔度低；真空計(jì)的壓強(qiáng)低，代表蒸發(fā)物少，代表材料表面清潔度高。所述的密封機(jī)構(gòu)3為彈性密封、光學(xué)平面密封或刀口密封機(jī)構(gòu)，使采樣器1與被分析樣品8連接到一起，根據(jù)樣品形狀的不同，制作與樣品表面相吻合的采樣器接口，使采樣器與樣品可以之間保持真空密封。所述的被分析樣品8為金屬材料時(shí)，在采樣器1內(nèi)部放置電子槍9，并在被分析樣品8上施加比電子槍高的電位，使電子槍產(chǎn)生的電子轟擊材料表面形成材料的蒸發(fā)，并由氣體成分分析器進(jìn)行分析。所述的被分析樣品8的截面積小于采樣器的口徑時(shí)，將被分析樣品8放置在采樣器1內(nèi)部并將密封機(jī)構(gòu)3用輔助基板10密封后，進(jìn)行分析。所述的被分析樣品8薄到不能承受大氣壓力時(shí)，將被分析樣品8下鋪墊輔助基板10，并將輔助基板10與采樣器1之間施加一定的壓力，以保證采樣器1和被分析樣品8之間的密封。所述的采樣器1內(nèi)氣體壓強(qiáng)高于氣體成分分析器正常工作壓強(qiáng)時(shí)，在采樣器1和氣體成分分析器6之間加一膜孔片，在膜孔兩邊采用氣體分析器一端壓強(qiáng)比采樣器一端壓強(qiáng)低的差動(dòng)抽氣方法，使氣體成分分析器6達(dá)到正常工作壓強(qiáng)要求。為保證樣品和采樣器之間的密封，通過(guò)彈性密封使采樣器與樣品連接到一起，根據(jù)樣品形狀的不同，可以制作與樣品表面相吻合的采樣器接口，使采樣器與樣品可以有良好的真空密封。實(shí)例1采用不銹鋼材料制作采樣器1，并通過(guò)金屬法蘭與光窗2連接在一起，采樣器上有與真空計(jì)連接、氣體成分分析器和真空泵的接口使采樣器可與相關(guān)部件連接，真空計(jì)可用電離真空計(jì)，氣體成分分析器采用質(zhì)譜儀，真空泵采用分子泵、機(jī)械泵機(jī)組。采樣器和金屬或玻璃分析樣品之間用氟橡膠真空密封圈密封，采用266nmYAG四倍頻激光器作為激光光源4。用真空泵對(duì)采樣器進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空度達(dá)到10_3帕?xí)r，開(kāi)啟激光器，使激光通過(guò)光窗 2作用到分析樣品表面，使材料表面吸附的氣體、清洗不充分遺留在表面的污染物等蒸發(fā)到采樣器內(nèi)，并進(jìn)入到氣體成分分析器中，進(jìn)行氣體成分分析。用真空計(jì)記錄檢測(cè)過(guò)程中的壓強(qiáng)變化，壓強(qiáng)的高低反應(yīng)表面清潔度的高低。真空計(jì)的壓強(qiáng)高，代表蒸發(fā)物多，代表材料表面清潔度低；真空計(jì)的壓強(qiáng)低，代表蒸發(fā)物少，代表材料表面清潔度高。實(shí)例 2采用不銹鋼材料制作采樣器1，并通過(guò)金屬法蘭與光窗2連接在一起，采樣器上有與真空計(jì)連接、氣體成分分析器和真空泵的接口使采樣器可與相關(guān)部件連接，真空計(jì)可用電離真空計(jì)，氣體成分分析器采用質(zhì)譜儀，真空泵采用分子泵、機(jī)械泵機(jī)組。若樣品表面光潔度高，采樣器密封端也采用光學(xué)表面，使采樣器與樣品表面采用光學(xué)表面真空密封，采用 266nmYAG四倍頻激光器作為激光光源4。用真空泵對(duì)采樣器進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空度達(dá)到10_3 帕?xí)r，開(kāi)啟激光器，使激光通過(guò)光窗2作用到分析樣品表面，使材料表面吸附的氣體、清洗不充分遺留在表面的污染物等蒸發(fā)到采樣器內(nèi)，并進(jìn)入到氣體成分分析器中，進(jìn)行氣體成分分析。用真空計(jì)記錄檢測(cè)過(guò)程中的壓強(qiáng)變化，壓強(qiáng)的高低反應(yīng)表面清潔度的高低。真空計(jì)的壓強(qiáng)高，代表蒸發(fā)物多，代表材料表面清潔度低；真空計(jì)的壓強(qiáng)低，代表蒸發(fā)物少，代表材料表面清潔度高。實(shí)例 3采用不銹鋼材料制作采樣器1，并通過(guò)金屬法蘭與光窗2連接在一起，采樣器上有與真空計(jì)連接、氣體成分分析器和真空泵的接口使采樣器可與相關(guān)部件連接，真空計(jì)可用電離真空計(jì)，氣體成分分析器采用質(zhì)譜儀，真空泵采用分子泵、機(jī)械泵機(jī)組。因樣品體積小， 將樣品放在采樣器內(nèi)，用蓋板10采樣器與大氣真空密封，采用^enmYAG四倍頻激光器作為激光光源4。用真空泵對(duì)采樣器進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空度達(dá)到10_3帕?xí)r，開(kāi)啟激光器，使激光通過(guò)光窗2作用到分析樣品8表面，使材料表面吸附的氣體、清洗不充分遺留在表面的污染物等蒸發(fā)到采樣器內(nèi)，并進(jìn)入到氣體成分分析器中，進(jìn)行氣體成分分析。用真空計(jì)記錄檢測(cè)過(guò)程中的壓強(qiáng)變化，壓強(qiáng)的高低反應(yīng)表面清潔度的高低。真空計(jì)的壓強(qiáng)高，代表蒸發(fā)物多，代表材料表面清潔度低；真空計(jì)的壓強(qiáng)低，代表蒸發(fā)物少，代表材料表面清潔度高。[0034]實(shí)例 4采用石英玻璃材料制作采樣器1，并與光窗2通過(guò)玻璃封接連接在一起，采樣器上有與真空計(jì)連接、用與氣體成分的密封玻璃管和真空泵的接口使采樣器可與相關(guān)部件連接，真空計(jì)可用電離真空計(jì)，氣體成分分析器用拉曼光譜儀，真空泵采用分子泵、機(jī)械泵機(jī)組。采樣器和金屬或玻璃分析樣品之間用氟橡膠真空密封圈密封，采用^enmYAG四倍頻激光器作為激光光源4。用真空泵對(duì)采樣器進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空度達(dá)到10_3帕?xí)r，開(kāi)啟激光器， 使激光通過(guò)光窗2作用到分析樣品表面，使材料表面吸附的氣體、清洗不充分遺留在表面的污染物等蒸發(fā)到采樣器內(nèi)，應(yīng)用拉曼光譜儀通過(guò)透光的石英玻璃對(duì)采樣器內(nèi)的氣體成分進(jìn)行分析。用真空計(jì)記錄檢測(cè)過(guò)程中的壓強(qiáng)變化，壓強(qiáng)的高低反應(yīng)表面清潔度的高低。真空計(jì)的壓強(qiáng)高，代表蒸發(fā)物多，代表材料表面清潔度低；真空計(jì)的壓強(qiáng)低，代表蒸發(fā)物少，代表材料表面清潔度高。
權(quán)利要求1.一種對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置，其特征在于該裝置包括一帶有激光光窗 (2)的采樣器(1)、密封機(jī)構(gòu)(3)、激光器(4)、真空計(jì)(5)、氣體成分分析器(6)和真空系統(tǒng) (7);在采樣器(1)的下部周邊設(shè)有密封機(jī)構(gòu)(3)，在采樣器(1)的上部設(shè)有激光光窗(2)，在激光光窗(2)外設(shè)有激光器(4)，真空計(jì)(5)、氣體成分分析器(6)和真空系統(tǒng)(7)位于采樣器(1)的側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置，其特征在于氣體成分分析器(6)，是質(zhì)譜儀、色譜儀、色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀或光譜儀的氣體成分分析儀器。
3.權(quán)利要求1所述的對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置，其特征在于所述的激光器 (4)作為激光電離源，直接產(chǎn)生離子進(jìn)入需要離子源的氣體成分分析器，這時(shí)的氣體成分分析器不帶離子源。
專利摘要對(duì)材料表面清潔度進(jìn)行檢測(cè)的裝置包括一帶有激光光窗(2)的采樣器(1)、密封機(jī)構(gòu)(3)、激光器(4)、真空計(jì)(5)、氣體成分分析器(6)和真空系統(tǒng)(7)；該方法將被分析樣品(8)通過(guò)密封機(jī)構(gòu)(3)與采樣器連接在一起，采用真空系統(tǒng)(7)對(duì)整個(gè)檢測(cè)裝置抽真空到氣體成分分析器可工作的狀態(tài)，用真空計(jì)(5)記錄檢測(cè)裝置內(nèi)的壓強(qiáng)；將激光器(4)產(chǎn)生的激光通過(guò)激光光窗(2)照射到被檢測(cè)樣品(8)的表面，使樣品表面的材料蒸發(fā)到采樣器空間，并由氣體成分分析器(6)進(jìn)行檢測(cè)，氣體成分表示材料表面吸附或污染物的成分；通過(guò)調(diào)整激光器的功率、作用時(shí)間和束斑大小，可以對(duì)不同材料的進(jìn)行分析，真空計(jì)的壓強(qiáng)的高低反應(yīng)蒸發(fā)物的多少，代表材料表面清潔度高低。
文檔編號(hào)G01N21/65GK201955303SQ20112000527
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者夏柱紅, 張曉兵, 肖梅 申請(qǐng)人:東南大學(xué)