CN107003286A - 用于非破坏性测试的基于无空隙内含物的参考标件及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于校准超声扫描装置的参考标件，包括第一部分，其包括第一材料、第一面和与第一面相对的第二面。参考标件还具有第二部分，其包括第二材料、第一面和与第一面相对的第二面。第二部分的第二面与第一部分的第一面相邻并形成界面。参考标件还包括轴向延伸通过第一部分的第一面和第二部分的第二面的参考材料。第一部分和第二部分被配置成封闭参考材料，使得校准标件在第一材料和参考材料之间的界面处以及在第二材料和参考材料之间的界面处无空隙。

Description

用于非破坏性测试的基于无空隙内含物的参考标件及制作 方法

技术领域

本发明涉及用于在超声扫描测试中使用的参考标件（reference standard）及制作方法。更具体地说，本发明涉及一种供相位反转（phase inversion）检测系统使用的无空隙C扫描校准标件及制作方法。

背景技术

在制造集成电子电路期间施加材料的薄膜的一个方法是溅射沉积，也称为溅射。溅射包括形成待沉积的材料的靶，并且将靶提供为邻近强电场的带负电荷的阴极。电场被用来电离低压惰性气体并形成等离子体。等离子体中的带正电荷的离子被电场朝向带负电荷的溅射靶加速。离子冲击溅射靶，并且由此喷射靶材料。喷射的靶材料主要处于原子或原子团的形式，并且可以用于在溅射过程期间在放置在靶附近的基板上沉积薄的均匀的膜。

溅射靶被制造到紧密度容限（tight tolerance），以确保由来自靶的溅射材料所形成的各层的一致性（conformity）和厚度方面的均匀性。在制造溅射靶期间可能发生的一个问题是在溅射​​靶材料内形成不连续（discontinuity）。不连续的示例包括遍及材料的空隙、裂纹和孔隙度的变化、以及固体内含物（inclusion）或杂质。溅射靶中的不连续可导致溅射过程期间的单极电弧放电（arcing）。单极电弧放电可引起靶材料的局部化过度加热和/或爆炸，并且由此可降低基板上薄膜沉积的均匀性和一致性。另外，如果不连续是内含物或其它杂质，则来自不连续的溅射可导致杂质的颗粒沉积到基板上。

因为针对溅射靶中的均匀性、纯度和一致性的不断收紧的容限，所以必须不断地改进可以区分均质靶材料和非均质靶材料的测试技术。对于测试靶材料最有用的技术之一是对材料非破坏性的技术。换句话说，对材料进行评估但仍使得材料能够用作起始材料并最终用作溅射靶的技术。

非破坏性测试可以使用诸如超声波和放射照相术之类的各种非侵入性测量技术来进行，以在不破坏项目的有用性的情况下确定部件、结构或材料的完整性。例如，可以使用诸如通过超声波的对产品和结构的非破坏性测试来检测材料内的不连续并测量对象的厚度。

超声波是具有大于人类听觉范围的上限的频率的振荡声压波。超声波穿透大多数固体材料，并且可以在不干扰或改变材料的情况下行进通过材料。大多数金属以及塑料和复合材料可以用超声波进行测试、检查和/或成像。声学扫描仪是用于使用超声波来进行非破坏性测试的一个选项。声学扫描仪使用非常高或超高频超声波来创建测试对象的内部特征的图像。可以使用超声图像来识别不连续的存在、测量其尺寸并识别其位置。

当不连续引起反射信号的极性或相位的改变时，发生相位反转成像。例如，当正被测试的材料包含由声阻抗差异极大的材料制成的不连续时，回波的相位或极性在相对的声阻抗的顺序被反转（从低到高对高到低）时将反转。如本文所使用的，术语“相位反转”指的是当入射声波在扫描探针处从靶材料反射回来时所经历的相位中的反转。

扫描探针可以检测入射声波并且将关于波的数据提供到处理此信息的计算机，并且创建表示材料的内部结构的图像。任何读出图像的质量依赖于数据处理和用于量化成像信号的计算机程序。可以将读出图像与校准标件的图像进行比较，以识别不连续以及潜在地不连续的一个或多个细节，诸如不连续的类型、相对尺寸和低于表面的距离。因此，校准标件的精度影响了后续超声测试和检查可以向其解释的能力和精度。可以使用诸如基于相位反转的C扫描技术的超声测试来非破坏性地针对诸如空隙或内含物之类的不连续检查对象。在C扫描软件可以在说明和解释超声测试数据中被使用之前，必须首先对软件进行编程或校准，以通过将其与来自已知的不连续的已知信号振幅进行比较来区分信号并解释数据。

发明内容

在一些实施例中，本申请公开了一种用于校准超声扫描装置的参考标件，其包括第一部分，该第一部分包括第一材料、第一面和与第一面相对的第二面。参考标件还具有第二部分，该第二部分包括第二材料、第一面和与第一面相对的第二面。第二部分的第二面与第一部分的第一面相邻并形成界面。参考标件还包括轴向延伸通过第一部分的第一面和第二部分的第二面的参考材料。第一部分和第二部分被配置成封闭参考材料，使得校准标件在第一材料和参考材料之间的界面处以及在第二材料和参考材料之间的界面处无空隙。

在一些实施例中，本申请公开了一种形成用于校准超声扫描的参考标件的方法，包括从第一基体材料形成圆盘（puck）。圆盘具有第一面、第二面、在第一面和第二面之间延伸的中心轴线、以及在平行于中心轴线的方向上延伸的开口。该方法包括将参考材料放置在开口内，参考材料从圆盘延伸通过第一面。该方法包括在垂直于圆盘的中心轴线的方向上对圆盘加热并施加压力，使得围绕参考材料的空间无空隙。该方法还包括将第二基体材料铸造到圆盘上，使得参考材料嵌入在第一基体材料和第二基体材料内，并且围绕参考材料的空间和在圆盘的第一面与第二基体材料之间的空间没有空隙。

虽然公开了多个实施例，但是根据示出并描述了本发明的说明性实施例的下面的详细描述，本发明的又一些实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见。因此，附图和详细描述在本质上被认为是说明性的并且不是限制性的。

附图说明

图1是示例性超声扫描系统的透视图。

图2是根据一些实施例的基于内含物的参考标件的截面图。

图3是用于创建基于内含物的参考标件的示例性方法的流程图。

图4是用于创建基于内含物的参考标件的示例性方法的流程图。

图5是用于形成基于内含物的参考标件的示例性铸造系统的图。

具体实施方式

本文描述了一种用于在诸如使用基于相位反转的C扫描的超声测试之类的非破坏性测试中使用的基于无空隙内含物的参考标件。还描述了形成无空隙参考标件的示例性方法。在一些实施例中，参考标件实现了在解释或读取靶对象的图像方面的改进的精度。例如，参考标件可以包括已知的体材料（bulk material）和/或包含具有已知尺度并在体材料内的已知地点或位置处的已知内含物。在一些示例中，参考标件可以实现靶材料的非破坏性测试方法以更准确地在空隙和内含物之间确定尺寸（size）和区分。

图1是可以用来产生诸如溅射靶材料10的对象的C扫描的示例性超声扫描设备20的透视图。在示例性方法中，将溅射靶材料10放置在包含诸如水（即去离子水）或油的液体30的测试容器28内。溅射靶材料10可以由支撑结构22支撑，使得溅射靶材料10不接触测试容器28的底部。

在一些实施例中，溅射靶材料10可以是稍后可以例如通过压缩形成到溅射靶形状中的锭。在一些示例中，溅射靶材料10可以包括顶表面12和平行于顶表面12的底表面14。

一旦溅射靶材料10被浸没在测试液体30中，换能器24就位于溅射靶材料10的表面之上的测试液体30内。换能器24利用超声脉冲来照射溅射靶材料10的顶表面12。随后，换能器24检测从诸如溅射靶材料10内的不连续之类的特征反射回来的回波。换能器24将回波转换成被处理以用于在表征溅射靶材料10中使用的电信号。具体地说，使用回波的振幅以及脉冲和回波之间的时间来确定溅射靶材料10内是否存在不连续。

换能器24可以被安装在与控制器（未示出）处于电通信中的机械X-Y扫描单元26（也称为C扫描仪）上。控制器处于与处理器的数据通信中。该处理器还处于与耦合到换能器24的脉冲发生器（pulser）/接收器的数据通信中。可以将控制器编程为诱导机械X-Y扫描单元26在光栅状逐步运动中跨溅射靶材料10的顶表面12移动换能器24。因此，跨溅射靶材料10的顶表面12的至少一部分限定了多个位置。将换能器24顺序地移动到其被脉冲发生器/接收器触发的位置中的每个，以利用超声波照射整个溅射靶材料10。

换能器24检测在溅射靶材料10表面上限定的相应位置处的回波，并将关于检测到的回波的信息中继到接收器。接收器将信息数字化并将其发送到处理器。处理器将从接收器接收的数字化信号与在溅射靶材料10表面上的换能器24的相对位置相关联，并分析信号。处理器可以包括商业上或以其它方式可获得的软件包，诸如例如从Panametrics^TM公司可获得的Multiscan^TM软件。

超声C扫描成像表征从溅射靶材料10反射回来的信号，并使用图像处理软件来重构图像。这些图像用作结构内部状况的视觉表示，并且可以针对区别的图案（pattern）被分析，其指示存在诸如内含物或空隙之类的不连续。在一些实施例中，设备软件的适当调谐导致有效的C扫描图像，其允许位置的确定，并且在某些情况下允许不连续的形状和相对尺寸的确定。

相对于材料中的其它类型的不连续，对于固体内含物的声音的吸收和散射可能是不同的。没有固体内含物的不连续包括溅射靶内的空隙、空隙的簇或小裂纹。此类不连续可以展现与包括可能是刚性的固体内含物的不连续不同的形状和声音反射或散射以及吸收性质。

在一些实施例中，本文所述的方法可以用来使用来自返回的超声脉冲的相位信息来区别溅射材料中的固体内含物和其它不连续。已经发现的是，在一些实施例中，与从相对于靶材料的较低声阻抗的不连续返回的脉冲相比，从相对于靶材料的较高声阻抗的固体内含物返回的脉冲在相位上被反转（即，相位反转）。

相位反转可以实现从较低声阻抗不连续（诸如例如空隙、被困住的气泡和平底孔）返回的超声信号与从较高声阻抗不连续（诸如例如各种固体内含物）返回的信号的辨别。回波的相位分析可以通过手动分析来自特定不连续的信号或者通过使用例如计算机软件的自动化信号处理技术来实现。

可以将计算机处理器编程为示出从空隙反射的信号与具有比基体材料更高密度的内含物之间的相位反转。在一些实施例中，可以对自动化分析进行编程以允许通过类型（空隙或固体内含物）来识别特定的不连续——如果已经使用先前识别的不连续对其进行了校准的话。可以进一步校准软件程序以使用基于固体内含物的已定义模型来计算被识别为固体内含物的不连续的尺寸（面积）。

使用校准标件来完成校准C扫描设备的一个方法。例如，可以用C扫描设备来扫描校准标件的截面区域，并且由读出所产生的图像可以与校准标件内的已知不连续相匹配。来自读出图像的返回信号可以与已知的不连续相关，以比较信号、每个不连续的截面区域、和每个不连续离扫描仪的距离。在校准之后，可以使用C扫描设备来测试在未知深度处包含未知不连续的对象。校准标件还可以帮助用户确定不连续的构成或将其分类为内含物或空隙。

直到现在，超声检测系统中尚未激活相位反转功能。目前不存在用于准确地对溅射靶材料内可能存在的内含物确定尺寸的校准方法。用于检测内含物的物理校准标件不是商售的，并且创建具有已知内含物的标件的先前尝试由于在内含物周围的空隙形成而失败。因为这个原因，为了校准相位反转技术，期望制造基于无空隙内含物的校准标件的方法。内含物校准标件必须独自地包含已知的内含物，并且在体材料和内含物之间的界面处是无空隙的，特别是在与入射超声测试信号垂直的界面处。

图2包含校准标件40的截面图。在一些实施例中，校准标件40由固体主体41形成，其具有中心轴43和嵌入固体主体41内的参考纤维50、52、54。固体主体41在体材料内或在参考纤维50、52、54周围不包含空隙，使得固体主体41内的参考纤维50、52、54的表面被完全润湿。

如本文所使用的，“空隙”指的是宽度大于180微米，并且更具体地宽度大于250微米的体材料中的不连续，其在超声C扫描中不创建相位反转回波。因此，无空隙的校准标件40在体材料中不包含在尺寸上宽度大于250微米，并且更具体地宽度大于180微米的一个或多个不连续，其在C扫描中不创建相位反转回波。不连续可以是气体或者是气体和固体杂质或内含物的组合。例如，无空隙的校准标件40在参考纤维50、52、54中的任何一个和固体主体41的体材料之间没有空间或气囊（pocket of gas），其中参考纤维和空间的组合宽度在宽度上大于250微米，并且更具体地在宽度上大于180微米，并且其中空间和参考纤维不创建相位反转回波。如本文所使用的，宽度指的是可以以被测量的形状内的任何两个点之间的直线测量的最大距离。

所图示的固体主体41具有基本上圆柱形状。然而，固体主体41可以是任何可能的形状。例如，取决于用于特定校准标件40的期望截面形状，固体主体41可以采用立方体的形状。固体主体41具有垂直于中心轴线43的第一面44和第二面46。第一面44和第二面46可以是基本上平面的，以允许沿着第一或第二面44、46中的任一个的表面扫描固体主体41。

在一些实施例中，固体主体41由第一部分48和第二部分42形成。第一部分48可以可选地被构造为圆盘。第一部分或圆盘48通常具有与固体主体41相同的形状，并且具有与固体主体41的第一面44和第二面46平行的至少第一面56。在一些实施例中，圆盘48至少包含在固体主体41内的参考纤维50、52、54的一部分。

圆盘48可以被接合到固体主体41的第二部分42。例如，圆盘48可以具有第一面56，并且第二部分42可以具有接合到圆盘48的第一面56的第一面58。当圆盘48和第二部分42彼此接合时，第一和第二面56、58形成界面57。第二部分42邻近并完全接合到圆盘48，并且在圆盘48和第二部分42的界面57内没有空隙。

在一些实施例中，参考纤维50、52、54是固体主体41内包含的人造杂质，以在固体主体41被扫描时产生预测的信号。参考纤维50、52、54具有细长形状和已知的截面区域。参考纤维50、52、54可以在长度、截面形状和/或截面区域方面不同。参考纤维50、52、54平行于固体主体41的中心轴线43延伸，并且可以围绕中心轴线43径向放置在各种位置处。尽管仅示出了三个参考纤维50、52、54，但是任何合适数目的参考纤维50、52、54可以包括在固体主体41中。

在一些实施例中，参考纤维50、52、54完全封闭在固体主体41内。即，固体主体41的体材料覆盖参考纤维50、52、54，使得参考纤维50 、52、54不在第一表面53或第二表面55处暴露。参考纤维50、52、54沿着与中心轴线43平行的固体主体41的长度延伸已知距离。因为参考纤维50、52、54中的每个由已知材料创建，所以由固体主体41的C-扫描产生的所得到的图像可用于校准C扫描设备和软件系统。此外，因为参考纤维50、52、54中的每一个沿着固体主体41的中心轴线43延伸已知距离，所以校准标件40也可用于校准C扫描软件以确定经受非破坏性扫描的材料内的杂质的位置。

固体主体41将参考纤维50、52、54完全封闭在体材料内。参考纤维50、52、54完全封闭在固体主体41内并且围绕参考纤维50、52、54的区域无空隙。

本文公开了一种无空隙超声测试校准标件40。无空隙超声校准标件40是由具有嵌入在体基体材料中的参考纤维50、52、54的体基体材料构成的单个固体主体41。固体主体41不包含空隙。固体主体由第一部分48和第二部分42形成。参考纤维50、52、54延伸通过第一部分48和第二部分42两者。

固体主体41由限定中心轴线43的体基体材料构成。在一些实施例中，体基体材料是金属或金属合金。例如，体基体材料可以是用于形成溅射靶的金属或金属合金。用于体材料的合适材料还包括塑料和陶瓷。第一部分48的体基体材料可以与第二部分42的体基体材料相同。在一些实施例中，参考纤维50、52、54由创建超声相位反转回波的材料形成。在一些实施例中，参考纤维50、52、54由配置成使得经受参考标件的超声波的反射回波具有相位反转的材料形成。例如，参考纤维可以由氧化铝（铝土）、二氧化硅（硅石）、钢、铁或其它氧化物或金属形成。参考纤维50、52、54可以被配置成处于具有大于直径的长度的细长杆的形状。参考纤维50、52、54围绕固体主体41的中心轴线43径向地间隔，并且具有平行于固体主体41的中心轴线43的每个参考纤维50、52、54的长度。参考纤维50、52、54可以具有从约0.005英寸至0.060英寸的直径和在此范围内的任何直径。例如，参考纤维50、52、54可具有从0.010英寸至0.050英寸、从0.020英寸至0.040英寸、或从0.025至0.035英寸的直径，以及在其之间的任何直径。

第一部分或圆盘48包含参考纤维50、52、54的一部分。参考纤维50、52、56具有至少第一部分并且具有至少第二部分，所述第一部分通过圆盘48的第一面56嵌入到圆盘48中第一距离，所述第二部分在圆盘48的第一面56外延伸第二距离。第一部分48是无空隙的，并且更具体地说，围绕嵌入在圆盘48中的参考纤维50、52、54的第一部分的区域是无空隙的。

圆盘48可以被接合到第二部分42，并且圆盘48的第一面56与第二部分42的第一面58邻近。在圆盘48的第一面56和第二部分42的第一面58相接的地方的平面形成无空隙的界面57。

延伸第二距离离开圆盘48的第一面56的参考纤维50、52、54的第二部分可以被嵌入在固体主体41的第二部分42中。因此，参考纤维50、52 54从圆盘48内延伸通过界面57并且延伸第二距离至第二部分42中。第二部分42是无空隙的，并且更具体而言，围绕嵌入固体主体41的第二部分42中的参考纤维50、52、54的第二部分的区域是无空隙的。

因此，校准标件40由包括第一部分或圆盘48和第二部分42的单个固体主体41形成。单个固体主体41封闭参考纤维50、52、54，并且是无空隙的。参考纤维50、52、54的长度和直径是已知的，并且参考纤维50、52、54沿着固体主体41的中心轴线43延伸已知的距离。

可以使用超声C扫描设备在平行于中心轴线43的方向上扫描固体主体41。超声C扫描设备通过分析超声信号的相位反转回波来检测参考纤维50、52、54。相位反转回波由C扫描设备使用以创建固体主体41和包含在固体主体41内的参考纤维50、52、54的图像。可以将所创建的图像与关于参考纤维50、52、54的已知的信息（例如组成、尺寸和位置）进行比较，并且将其用来校准C扫描设备。因此，校准标件40可用于校准用于溅射靶材料的非破坏性测试的超声C扫描仪。

如图3中所示，使用描绘了示例性步骤的流程图来图示创建校准标件的一个方法。用于创建校准标件的方法100包括创建具有孔的圆盘（步骤108）。对于其中体材料是金属（诸如铝或铜）的校准标件，步骤108可以包括铸造熔融的金属材料。对于其中体材料是塑料的校准标件，步骤108可以包括注射成型。

在创建圆盘之后，可以在圆盘中形成孔，或者可以在创建圆盘时同时形成孔。例如，可以通过到圆盘中挖孔或钻孔来在圆盘中形成孔。替代地，圆盘可以被铸造或模制有孔。

参考纤维位于圆盘的孔内（步骤110）。一个参考纤维位于圆盘的每个孔内（步骤110）。参考纤维可以平行于圆盘的中心轴线定向，使得参考纤维的长度平行于圆盘的中心轴线。

在步骤112中，然后将包含参考纤维的圆盘放置在铸模内。铸模被配置成将圆盘保持在铸模内，其中参考纤维定向成平行于铸模的中心轴线。一旦将圆盘放置在铸模内，将与圆盘的体材料相同材料的熔融体材料浇注到铸模中（步骤114）。提供足够量的熔融体材料来完全润湿圆盘的整个面并完全嵌入参考纤维。例如，熔融体材料可以至少填充铸模以覆盖参考纤维的顶部。为了用离脉冲发生器/接收器某个距离的参考纤维来创建校准标件，浇注熔融体材料直到测量的从固体主体的顶部到纤维的顶部的熔融材料的深度对应于所期望的距离为止。在已经浇注熔融材料之后，允许进行冷却和固化，从而形成接合到圆盘并封闭参考纤维的固体主体的第二部分。

一旦熔融材料已经被浇注并固化，包含参考纤维的圆盘和接合到圆盘的铸造熔融材料共同地组成单个固体主体。将单个固体主体从铸造室中去除，并且在步骤116中可以可选地对固体主体的表面进行机器加工或蚀刻以，从表面去除任何杂质和/或对固体主体的表面进行平滑。

固体主体可以可选地在步骤118中经历另外的附加处理，以确保保留在固体主体内的任何空隙被去除。例如，固体主体可以经受热等静压（HIP）步骤。在HIP步骤中，将固体主体加热直到其是柔韧的为止。然后使用空气或机器压力将固体主体压缩以去除可能保留在固体主体材料内的任何空隙。特别希望去除可能保留在现在嵌入在固体主体的体材料内的参考纤维周围的任何空隙。

如图4中所图示，一种创建校准标件的方法可以特别地被应用到校准标件，其中体材料是金属或金属合金。图4中所示的方法特别适合于用形成溅射靶的材料创建校准标件。例如，图4的流程图中概述的方法特别适合于用铝或铜来形成校准标件。在一些实施例中，本文公开的方法可被用来用陶瓷、硅、聚合材料、石墨、钢、铁、铝、铜、钛、钨、钽、金、锰、以及这些材料的合金和组合来形成校准标件。图4的方法200可用于创建用于校准超声扫描装备的标件，其使用基于回波相位反转检测的C扫描技术来确定溅射靶材料中的空隙和内含物的位置和特性。

在溅射靶校准标件创建方法200中，熔融金属或金属合金首先在真空炉中铸造（步骤202）。真空炉用于铸造高纯度铝或铜。将高纯度铝或铜铸造成真空炉内的模具。熔融的铝或铜被铸造以形成固体主体或圆盘的第一部分。一旦圆盘已经被铸造并固化，则在步骤204中，圆盘的表面经历清洁。在清洁步骤204中，对圆盘的表面进行清洁、机器加工、抛光或蚀刻，以在圆盘周围形成平滑、纯净、凝聚表面。清洁步骤204还用来去除可能在圆盘表面上的任何氧化物或其它杂质。

在圆盘已被铸造和清洁之后，将孔形成到圆盘的表面中（步骤206）。例如，如果圆盘具有圆柱形形状，则将孔形成到圆柱体的平坦面之一中并进入圆柱体的主体中。在圆盘中形成孔的一个方法是通过钻孔。一旦在圆柱体的面中形成孔，则将参考纤维插入孔中（步骤208）。参考纤维包括可以在溅射靶材料内发现的材料。例如，对于溅射靶材料校准标件，参考纤维可以包括氧化铝、氧化硅、二氧化硅、石墨和其它常见铸造内含物中的任何一个。

一旦将参考纤维插入在孔内，铝或铜圆盘经历压缩步骤，诸如真空热压或HIP步骤210，以去除可能保留在圆盘中的任何空隙或可能在参考纤维的表面和圆盘的体材料之间的空间。真空热压或HIP步骤210应该被执行得足够长，以确保参考纤维的表面被圆盘的体材料完全润湿，并且没有围绕参考纤维的空隙。在压缩步骤之后，铝或铜圆盘经历了精加工（finishing）或机器加工步骤212，以去除可能已沉积在圆盘的表面上的任何杂质或氧化物。

在步骤214中，将包含参考纤维的完成的圆盘放置到铸模中。应该选择铸模，以完全地封闭圆盘的侧面，在圆盘的侧面和铸模的内表面之间具有最小的间距。应该在参考纤维朝向铸模的顶部向上延伸的情况下使圆盘定向。在步骤216中，取决于校准标件的材料，然后用熔融的铝或铜重新铸造或填充铸模。如果正在制作铝校准标件，则将铝圆盘放置到铸模中，并且应将熔融的铝添加到铸造室，以使铝圆盘面朝上的表面完全润湿，并且达到比参考纤维的顶部更高的水平。

当校准标件经历超声测试时，可以将熔融的铝或铜添加到铸模，直到对应于参考纤维应该离脉冲发生器/接收器的距离的水平。然后允许重新铸造的铝或铜冷却并在铸造室内固化，以形成接合到圆盘并封闭参考纤维的固体铝或铜主体。此固体铝或铜主体包括校准标件。校准标件可以在步骤218中经历诸如HIP之类的另外的处理，以去除参考纤维周围的任何剩余空隙。使用本文所述的方法，创建可用于校准超声C扫描装备和软件的校准标件。

在一些实施例中，校准标件由与将被超声测试的相同或基本相似的体材料形成。例如，校准标件的体材料可以是铝，其中校准标件被用来校准用于测试铝锭或用来形成溅射靶的材料的超声C扫描系统。然而，本文的方法并不旨在被限制到这里描述的材料，并且替代地旨在被理解为能够被应用到各种各样的材料。

图5示出了用于形成校准标件的铸造系统60的实施例，其中体材料86可以是铝和/或铝合金。在一些实施例中，铸造系统60可以与本文描述的方法相结合使用以形成校准标件。

在一些实施例中，对铝圆盘82进行真空铸造以形成固体三维主体。在圆盘82中创建孔，所述孔延伸通过圆盘82的第一面44并进入圆盘82的主体中。一旦在圆盘82中创建孔，则可以将参考纤维84放置在每个孔内。参考纤维84可以在与圆盘82的轴向方向80平行的方向上从圆盘延伸出第二距离。校准标件和圆盘82的轴向方向80在图5中由箭头80示出。

如图5中所示的，在一些实施例中，参考纤维84是相同长度的，但是以不同的距离被放到圆盘82中。在一些实施例中，参考纤维84每个具有不同的长度。当从其端面之一扫描校准标件时，沿着校准标件的轴向方向80的每个参考纤维84的位置与每个参考纤维84所处于的离第一面44的距离相关。一旦将每个参考纤维84放置在圆盘82内，圆盘82就可以经受进一步处理以去除可能存在于每个参考纤维84与每个孔的侧面之间的任何间隙。在一些实施例中，圆盘82经受热等静压（“HIP”），以去除参考纤维84与圆盘82中的孔之间的任何空隙或间隙。

图5图示出了根据一些实施例的可以用于将圆盘82进一步处理成校准标件的示例铸造系统60。在一些实施例中，可以用于将圆盘82进一步处理成校准标件的铸造系统60包括具有底部72、顶部74、和在顶部74与底部72之间延伸的侧面70的铸模68。铸模68的侧面70可以被诸如加热线圈之类的加热元件76包围。在一些实施例中，铸模68可以搁置在石墨板78上，所述石墨板78在铸造过程期间将铸模68保持就位。铸模68的截面区域应对应于圆盘82的截面区域，使得当其位于铸模68内时，在圆盘82的侧面之间存在最小的间隙。

包含参考纤维84的圆盘82位于铸模68的底部72处。圆盘82位于铸模68内，其中参考纤维84面朝上进入铸模68中。在圆盘82在适当的位置之后，将附加量的体材料86提供到铸模68中。

另外的体材料86是包括圆盘82的相同的材料。在一些实施例中，可以以熔融或液体形式浇注另外的体材料86。浇注液体或熔融的另外的体材料86，直到参考纤维84完全嵌入在另外的体材料86中为止。因此，可以添加另外的体材料86，直到熔融的另外的体材料86的水平高于最高参考纤维84的顶部（如由虚线90所示）为止。另外的体材料86应将参考纤维84完全嵌入在另外的体材料86中。例如，另外的体材料86应该完全润湿参考纤维84的表面。

在一些实施例中，可以添加另外的体材料86，直到其填充参考纤维84上方的铸模68的期望部分以形成第二部分为止。如由线90所示，另外的体材料86可以将铸模68填充到对应于每个参考纤维应该位于的离校准标件的一端的特定距离的水平高度。添加到铸模68的另外的体材料86的水平因此对应于参考纤维84将位于的离第一面44的距离（在图2中示出）。

允许另外的体材料86在铸模68内固化，以形成由与第二部分相邻的圆盘82构成的完整固体主体。固体主体完全嵌入参考纤维84。因此，圆盘82和另外的第二部分彼此相邻，在它们之间没有空隙。圆盘82和第二部分的组合也完全封闭参考纤维84，从而创建包括具有已知组成的参考纤维84的单个固体主体的校准标件，所述参考纤维84被包含在校准标件内并且在离校准标件的每​​端的已知距离处。

校准标件可以从铸造系统60中被去除，并经受进一步的加热和压制步骤，以确保去除可能存在于参考纤维84和校准标件材料之间的任何空隙或间隙。

溅射靶由诸如金属、金属合金或其组合的溅射靶材料来形成，例如通过将采用锭形式的溅射靶材料压制到溅射靶的形状中。示例性溅射靶材料包括但不限于铝、铜、钛、钨、钽、金、锰、及其合金和组合。在一些示例中，铝或铜是溅射靶材料中最普遍的成分。例如，一些溅射靶可以由包含按重量计至少90％的铝或铜的溅射靶材料形成。

除了金属成分之外，溅射靶材料还可以包括少量的杂质，诸如例如二氧化硅、氧化铝、碳、氢、和/或空气。杂质可以处于内含物（即固体杂质）或空隙（即气态杂质）的形式。此类杂质表示可以存在于靶材料中的一种类型的不连续。尽管在本公开中描述的方法是相对于金属材料来进行描述，但是该方法也可以用于非金属材料。例如，所描述的方法可以用来创建用于测试诸如例如陶瓷或聚合材料的非金属靶材料的校准标件。

经常将C扫描技术用作用于确定溅射靶材料中的不连续的存在的非破坏性测试。准确地校准C扫描以使得在被检查材料的整体（bulk）内发现的任何不连续都可以被正确解释和确定尺寸是必要的。用于校准C扫描设备的一个技术是创建包括具有已知不连续且在已知位置处的已知材料的校准标件。可以用C扫描来扫描校准标件，并且所得到的校准标件的测试可用作参考来校准C扫描软件以解释其它测试结果。因此，创建校准标件，以便具有在已知材料内的已知深度/距离处的包含诸如内含物的已知参考不连续的已知材料。

在一些实施例中，因为校准标件将被用来比较溅射靶材料的C扫描数据，所以校准标件由与在其上将使用C扫描测试方法的溅射靶相同的材料形成。例如，校准可以包括将用来创建溅射靶的任何材料。因此，校准标件可以包括铝、铜、钛、钨、钽、金、锰及其合金和组合。

用来创建内含物的参考纤维材料应选自在被测试的材料中可以可能地最终成为杂质的材料。在铸铝中可以发现的一个可能的杂质是氧化铝。因此，用来校准C扫描系统和/或软件以检测铝内的氧化铝的存在的校准标件应该结合至少一个由氧化铝构成的参考纤维。在替代实施例中，参考纤维可以包括可以被发现作为铝中的杂质的任何材料，并且可以包括例如二氧化硅、钢、铁或其它氧化物或金属。

因为创建校准标件以测试诸如内含物或空隙的不连续的存在，以在使用校准标件时创建准确的基线读数，所以校准标件应包括如可以可能地获得的那样纯的参考材料。例如，为了测试铝溅射靶而正在被创建的校准标件应包括如可以获得的那样的高纯度的铝。在一些实施例中，可以使用包括5N9或6N9纯度的参考材料。校准标件中的不期望或不受控制的不连续可在校准期间影响测试读数，并可导致C扫描装备和/或软件的不正确校准。因此，当校准标件形成时，去除校准标件内的任何空隙是必要的。

特别地，应当去除位于校准标件材料和参考材料之间的界面处的空隙，因为这些将改变来自不连续的截面区域的声响应。另外，因为空隙将常常具有与固体内含物不同的密度，所以在相位反转C扫描测试中，空隙可以创建不准确的读数。使用本文所述的方法，已经示出在将空隙消除到低于所使用的C扫描测试方法的检测极限的水平的同时创建校准标件是可能的。

示例

下面的非限制性示例说明了本发明的各种特征和特性，其不将被解释为限制于此。

在一个示例中，已经证明了用于创建用于测量内含物的精密校准标件的方法。此方法已经被示出能够在不同的金属系统中嵌入具有不同润湿性的各种各样的内含物类型，并且可以将其用于多种材料。

首先，在真空炉中铸造直径4英寸且深2英寸的圆柱形圆盘4。接下来，从炉中去除圆盘，并对圆盘的表面进行机器加工和蚀刻以从表面去除氧化物。

然后将孔钻入到圆盘的面中。孔的直径为0.03英寸且深度为0.25英寸、0.5英寸和0.625英寸。然而，每个孔的深度可以取决于要被使用的校准标件的总尺寸而变化。将直径为0.010英寸、0.020英寸、0.030英寸和0.040英寸的铝土纤维插入到孔中。铝土纤维每个具有不同的长度，使得当插入每个纤维时，每个纤维的剩余部分以不同的高度从铝圆盘的面伸出来。然后将圆盘加热并从侧面经受热等静压（“HIP”）。执行热等静压以去除纤维和铝之间的界面中可能存在的任何空隙。

然后将另外的铝铸造到包含铝圆盘的模具上，该铝圆盘包含面向铸模的顶部定向的铝纤维。然后从铸模中去除圆盘。然后对铸造的校准标件的表面进行机器加工和蚀刻以去除表面上的氧化物。再次进行热等静压以封闭纤维周围的所有剩余空隙。真空热压也可以被用作去除纤维周围的空隙的替代方法。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，虽然上述实施例涉及特定特征，但是本发明的范围还包括具有特征的不同组合的实施例和不包括所有上述特征的实施例。

Claims (10)

1.一种用于校准超声扫描装置的参考标件，包括：

第一部分，包括第一材料并且具有第一面和与所述第一面相对的第二面；

第二部分，包括第二材料并且具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二部分的第二面与所述第一部分的第一面相邻并形成界面；

轴向延伸通过所述第一部分的第一面并通过所述第二部分的第二面的参考材料；

其中第一部分和第二部分被配置成封闭所述参考材料，使得所述参考标件在所述第一材料和所述参考材料之间的界面处以及在所述第二材料和所述参考材料之间的界面处无空隙。

2.根据权利要求1所述的参考标件，其中所述第一材料包括陶瓷、硅、聚合材料、石墨、钢、铁、铝、铜、钛、钨、钽、金、锰、及其合金和组合中的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的参考标件，其中所述参考材料包括铝土、硅石、钢及其组合中的至少一个。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的参考标件，其中所述第一材料和所述参考材料被配置成使得经受所述参考标件的超声波的反射回波具有相位反转。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的参考标件，其中所述参考标件不包含具有大于180微米的宽度并且不创建相位反转回波的不连续。

6.一种形成用于校准超声扫描的参考标件的方法，包括：

从第一基体材料形成圆盘，所述圆盘具有第一面、第二面、在所述第一面和所述第二面之间延伸的中心轴线、以及在平行于所述中心轴线的方向上延伸的开口；

将参考材料放置在所述开口内，所述参考材料从所述圆盘延伸通过所述第一面；

在垂直于所述圆盘的中心轴线的方向上对圆盘加热并施加压力，使得围绕所述参考材料的空间无空隙；

将第二基体材料铸造到圆盘上，使得所述参考材料嵌入在所述第一基体材料和第二基体材料内，并且围绕所述参考材料的空间和在所述圆盘的第一面与所述第二基体材料之间的空间无空隙。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一基体材料包括陶瓷、硅、聚合材料、石墨、钢、铁、铝、铜、钛、钨、钽、金、锰、及其合金和组合中的至少一个。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，其中所述参考材料包括铝土、硅石、钢及其组合中的至少一个。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中所述第一基体材料和所述参考材料被配置成使得经受所述参考标件的超声波的反射回波具有相位反转。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其中所述参考标件不包含具有大于180微米的宽度并且不创建相位反转回波的不连续。