Способ контроля степени совершенства металлических монокристаллов

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ СОВЕРШЕНСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ , основанный на пропускании через охлажденный до температуры жидкого гел-ия образец ультразвука и регистрации пиков поглощения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, ультразвук пропускают в направлении открытой поверхности Ферми при помещении образца в магнитное поле 5-15 кЭ, направленное перпенди-. кулярно направлению распространения ультразвука, пики пбглощения регистрируют при изменении угла между направлением распространения ультразвука -и магнитным полем в пределах ±1 (Л С по числу пар пиков и по их форме судят о совершенстве; металлического, монокристалла.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„ST1692

A@4 Н 01 Ь 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2921534/18-25 (22) 21.03.80 . (46) 30.07.86. Бюл, Р 28 (71) Физико-технический институт низких температур АН Украинской CCP (72) П.А.Безуглый, Н.Г.Бурма, А.М.Гришин и А.Е.Кабанов (53) 621.382(088.8) (56) Ровинский Б.М., Костюкова E.Ï.

Количественная оценка субструктуры .монокристаллов по лауэграммам высокого разрешения. Кристаллография, 1968, т. 13, вып. 2, с. 302-306.

Ультразвуковые методы исследования дислокаций. Сб. статей под ред.

M.Г,ЯеРкчлова. N., "Ин.литература", 1963, с. 267-303.. (54)(57) СПОСОБ KOHTPOJIH СТЕПЕНИ СОВЕРШЕНСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ MOHOKPHCTAJIЛОВ, основанный на.пропускании через охлажденный дб температуры жидкого гелия образец ультразвука и регистрации пиков поглощения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, ультразвук пропускают в направлении открытой поверхности Фер- ми при помещении образца в магнитное поле 5-15 кЭ, направленное перпенди-. кулярно направлению распространения ультразвука, пики поглощения регистрируют при изменении угла между направлением распространения ультразвука и магнитным полем в пределах + 1 по числу пар пиков и по их форме судят о совершенстве металлического. монокристалла. С:

f 871692 1

Изобретение относится к технике контроля качества материалов и может быть. использовано для контроля совершенства металлических монокристаллов.

Известен способ контроля степени совершенства металлических монокристаллов, основанный на просвечивании образца остросфокусированным пучком рентгеновских лучей и анализе лауэ- 1р грамм, полученных на пленке.

Недостатком этого способа является его непригодность для исследования массивных образцов.

Известен также способ контроля степени совершенства металлических монокристаллов, основанный на пропускании через охлажденный до температуры жидкого гелия образец ультразвука и регистрации пиков поглощения.

Недостатком этог о способа является низкая точность и пригодность только для качественного определения степени совершенства металлических монокристаллов, Целью изобретения является повышение точности способа.

Цель достигается тем, что в способе контроля степени совершенства металлических монокристаллов, основанном на пропускании через охлажденный до температуры жидкого гелия образец ультразвука и регистрации пиков поглощения, ультразвук пропускают в направлении открытой поверхности Ферми при помещении образца в магнитное поле 5-15 кЭ, направленное перпендикулярно направлению распространения ультразвука, пики поглощения регистрируют при изменении угла между направлением распространения ультразвуо ка и магнитным полем в пределах +1 и по числу пар пиков и по их форме судят о совершенстве металлического монокристалла.

На фиг.i приведена зависимость поглощения от изменения угла между направлением распространения ультразвука и магнитным полем для почти совершенного монокристалла; на фиг.2 — та же зависимость для менее совершенного монокристалла.

Образец вместе с закрепленными на нем пьезодатчиками поворачивают с помощью устройства наклона.

При этом в металлах с открытой по- . верхностью Ферми возбуждается новый тип электромагнитных волн — спивальные циклотронные волны, которые резонансным образом взаимодействуют с вызвавшим их ультразвуком. Это взаимодействие проявляется резкими пиками поглощения ультразвука на зависимости Ы (у), где о(— коэффициент поглощения ультразвука; 4 Д вЂ” угол отклонения между векторами g и Н от перпендикулярности (g — волновой вектор звука, М вЂ” вектор напряженности магнитного поля). При этом, если кристаллическая решетка образца близка к совершенной, то н а угловой зависимости Ы (ч) наблюдается одна пара пиков поглощения, расположенных по симметрично относительно направлений открытости, Если образец имеет мозаичную структуру, т,е. состоит из блоков, которые взаимно разориентиро2р ваны на определенные углы, то на угJIoBQH зависимости cd (%) будет наблюдаться столько пар пиков поглощения, сколько блоков попадет в область звукового пучка. Это объясняется сле25 дующим: каждый фрагмент мозаики, являющийся почти совершенным монокристаллом, имеет свое направление откры тости поверхности Ферми, и как тольк это направление открытости будет cogp ответствовать резонансному углу 1„, этот блок даст вклад в поглощение звука на угловой зависимости са(Ч) в виде отдельной пары пиков, расположенных в соответствующем угловом интервале на зависимости M (y). Таким образом, серия пиков на зависимости <(9), отстоящих друг от друга на некоторые углы, будет свидетельствовать о том, что образец имеет мозаичную структу4О ру фрагменты которой взаимно разориентированы на те же углы.

Угловое разрешение предлагаемого способа определяется шириной резонансной линии в пике поглощения и .45 составляет несколько десятков угловых секунд, т.е, не хуже, чем пои рентгенографии металлов.

Линейное разрешение определяется размерами резонансных сильно вытянутых вдоль направления открытости электронных орбит и, следовательно, зависит от величины и направления магнитного поля относительно осей кристалла. В полях. 10 кЭ оно составляет доли миллиметра.

Использование предлагаемого способа ультразвукового контроля качества монокристаллов металлов позволит обесЬ

Риг.2

Составитель

Редактор А.Письман Техред И.Попович Корректор О.Луговая

Заказ 4146/3 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная, 4

3 8716 печить по сравнению с существующими способами следующие преимущества: значительно, на несколькопорядков расширить пределы толщины исследуемых образцов — на два порядка для легких металлов и на четыре-пять порядков для металлов с большим атомным но "мерам: количественно .определять углы взаимной раэориентации фрагментбв мозаи- (б ки и их ориентацию относительно осей кристалла вплоть, до углов, начиная с которых кристаллы принято считать .совершенными (несколько десятков сеK P );

15 (возможность контролировать весь образец сразу по всей его площади, поскольку ультразвуковое излучение нет необходимости фокусировать в уз- (( кий пучок, этим в десятки раз уменьшается время работы с одним образцом (время исследования образца предлагаемым способом, включая подготовку

92 4 криогенной системы, составляет около одного часа); улучшение условий труда, связанное с тем, что устраняется необходимость работать с вредными для человека рентгеновскими лучами; воэможность исследования динамики мозаичной структуры в процессе различных методов выращивания монокристаллов и при разных режимах кристал- . лизации, в процессе некоторых внешних воздействий на кристалл, например, при,одноосном или всестороннемсжатии; предлагаемый способ можно испольэовать для контроля степени совершенства кристаллической решетки затравок при производстве чистых металлов, для контроля изделий этого производства, для контроля степени совершенства монокристаллов, применяемых в научных исследованиях и для решения прикладных задач, где требуются металлические монокристаллы с (заданной степенью совершенства.