DE19719473A1 - Method for non=destructive determination by X-ray diffraction of expansion free grating parameters and/or mechanical stress conditions - Google Patents
Method for non=destructive determination by X-ray diffraction of expansion free grating parameters and/or mechanical stress conditionsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur röntgendiffraktometrischen, zerstö rungsfreien Bestimmung von dehnungsfreien Gitterparametern und/oder mechani schen Spannungszuständen in Oberflächenschichten polykristalliner Prüflinge, die einen Gradienten der mechanischen Spannungen und/oder der dehnungsfreien Git terparameter senkrecht zur Prüflingsoberfläche aufweisen.The invention relates to a method for X-ray diffractometric, destroy tion-free determination of strain-free lattice parameters and / or mechani stress states in surface layers of polycrystalline test specimens a gradient of the mechanical stresses and / or the strain-free git have terparameters perpendicular to the test specimen surface.
Röntgendiffraktometrische Verfahren der vorstehend genannten Gattung sind insbe sondere für die qualitative Beurteilung von Herstellungs-, Bearbeitungs- und Bean spruchungsvorgängen in polykristallinen Werkstücken, Bauteilen und Produkten an wendbar. Insbesondere können Lastspannungsprofile in polykristallinen Prüflingen ermittelt werden, die infolge von mechanisch-thermischen Belastungen in techni schen Konstruktionen entstehen oder mittels spezieller Belastungseinrichtungen er zeugt werden. Neben der Bestimmung von mechanischen Spannungsprofilen kön nen in polykristallinen Materialien auch in zerstörungsfreier Weise Gitterparameter und deren Gradienten in Oberflächenschichten untersucht werden, die sich insbe sondere durch Beschichtungs-, Ätz- oder Dotierungsprozessen verändern oder auch infolge von Difussions- und Korrosionsvorgängen beeinflußt werden können. Insbe sondere zur Analyse allgemein physikalischer Oberflächenbeschaffenheitsparameter ist die Kenntnis von Gitterparametern ein wichtiges Eigenschaftsmerkmal polykristalli ner Materialien.X-ray diffractometric methods of the type mentioned above are in particular especially for the qualitative assessment of manufacturing, processing and bean stress processes in polycrystalline workpieces, components and products reversible. In particular, load voltage profiles in polycrystalline test specimens can be determined as a result of mechanical-thermal loads in techni constructions or using special load devices be fathered. In addition to the determination of mechanical stress profiles Lattice parameters in polycrystalline materials also in a non-destructive way and their gradients are examined in surface layers, which change or especially by coating, etching or doping processes can be influenced due to diffusion and corrosion processes. In particular especially for the analysis of general physical surface properties parameters the knowledge of lattice parameters is an important property characteristic polycrystalline materials.
Häufig treten jedoch in polykristallinen Materialien eine Überlagerung von atypischen Spannungszuständen, insbesondere Spannungen mit starken Gradienten senkrecht zur Schichtebene sowie Gradienten von Gitterparametern auf, so daß durch den me chanischen Spannungszustand auch eine Kristallgitterverzerrung verursacht wird. Derartige Überlagerungen treten insbesondere bei Reibung, Verschleiß oder Span nungsrißkorrosion auf, die es gilt, qualitativ zu erfassen, ohne dabei den zu untersu chenden Prüfling irreversibel zu beeinträchtigen.However, a superposition of atypical ones often occurs in polycrystalline materials Tension states, especially tensions with strong vertical gradients to the layer level and gradients of lattice parameters, so that the me chanical stress state also causes crystal lattice distortion. Such overlaps occur particularly when there is friction, wear or chip corrosion cracking, which needs to be recorded qualitatively without examining it to irreversibly impair the test specimen.
Bekannt ist die sogenannte röntgenographische Spannungsmessung (RSM), die ein röntgendiffraktometrisches Verfahren zur Bestimmung von Last- und Eigenspannun gen in oberflächennahen Werkstoffbereichen darstellt. Bei dieser bekannten Span nungsmessung wird davon ausgegangen, daß die in einem kristallinen Körper einge brachten mechanischen Spannungen zu einer Verzerrung der Elementarzellen des Kristallgitters führen. Ausdruck dieser Kristallgitterverzerrung ist eine relative Ände rung der Netzebenenabstände Δd/d im Kristallgitter, die einer makroskopischen Dehnung ε gleichgesetzt wird. Derartige Netzebenenabstandsänderungen werden röntgendiffraktometrisch aus der Lageänderung eines Beugungsmaximums eines Reflexes Δθ, wobei θ den Bragg-Winkel darstellt, bestimmt, wozu röntgendiffrakto metrische Aufnahmen ein- und desselben Reflexes aus verschiedenen Richtungen (Φ, Ψ) erfolgen. Zur Bestimmung des Dehnungszustandes ε wird die nachfolgende Beziehung verwendetThe so-called X-ray voltage measurement (RSM) is known X-ray diffractometric method for the determination of load and residual stress conditions in near-surface material areas. In this well-known span voltage measurement it is assumed that the in a crystalline body brought mechanical stresses to a distortion of the elementary cells of the Lead crystal lattice. Expression of this crystal lattice distortion is a relative change tion of the network plane distances Δd / d in the crystal lattice, that of a macroscopic Elongation ε is equated. Such network plane spacing changes X-ray diffractometrically from the change in position of a diffraction maximum Reflexes Δθ, where θ represents the Bragg angle, determines why X-ray diffraction metric recordings of the same reflex from different directions (Φ, Ψ). The following is used to determine the state of elongation ε Relationship used
Ferner gilt für eine Kopplung zwischen Dehnungen und Spannungen in polykristalli nen Materialien unter der Voraussetzung linear-elastischen Materialverhaltens unter Verwendung röntgenographischen Elastizitätskonstanten (s₁, ½ s₂):The same applies to a coupling between strains and stresses in polycrystalline materials under the premise of linear elastic material behavior Use of X-ray elastic constants (s₁, ½ s₂):
In der obenstehenden Beziehung bedeutet beispielsweise σ₃₃ die Spannungskompo nente, die in Richtung der Proben normalen zeigt und mit der Meßrichtung den Win kel (Ψ) einschließt. Siehe hierzu auch Fig. 1 in der die diesbezüglichen Winkelbe züge eingezeichnet sind. Gemäß Fig. 1 befindet sich im Koordinatenursprung eine Probe, deren Probenoberfläche parallel zur X1-X2-Ebene liegt. Der in der oben an gegebenen Beziehung verwendete Winkel (Φ) spannt sich hingegen zwischen (σ₁₁) und der Projektion der Meßrichtung auf die Probenebene auf. Durch entsprechende Variation der Meßrichtung (Φ, Ψ) werden die erforderlichen Meßwerte zur Bestim mung der einzelnen Spannungskomponenten erhalten. Von experimenteller Seite steht eine Reihe von Meß- und Auswertevarianten zur Verfügung, um - je nach Ge gebenheiten und Anforderungen - einzelne oder alle der in der obenstehenden Glei chung aufgeführten Spannungskomponenten zu bestimmen.In the above relationship, for example, σ₃₃ means the voltage component which shows normal in the direction of the samples and includes the angle (Ψ) with the measuring direction. See also Fig. 1 in which the related Winkelbe references are drawn. According to FIG. 1, there is a sample in the coordinate origin, the sample surface of which lies parallel to the X1-X2 plane. The angle (Φ) used in the above given relationship, on the other hand, spans between (σ₁₁) and the projection of the measuring direction onto the sample plane. The measurement values required for determining the individual voltage components are obtained by correspondingly varying the measuring direction (Φ, Ψ). From the experimental side, a number of measurement and evaluation variants are available in order - depending on the circumstances and requirements - to determine individual or all of the voltage components listed in the above equation.
Unter der Voraussetzung eines ebenen Spannungszustandes im Untersuchungsbe reich der Probe bzw. des Prüflings werden bestimmte (Φ, Ψ)-Meßrichtungen zu so genannten dehnungsfreien Richtungen, in denen die Kristallgitterabstände dΦ , Ψ die jenige Größe d₀ annehmen, die im unverzerrten, d. h. spannungsfreien Kristallgitter gemessen würde. Bei Vorliegen eines homogenen Spannungs- und Werkstoffzu standes im Untersuchungsbereich des Prüflings können auf diese Weise diese deh nungsfreien Kristallgitterabstände d₀ bestimmt werden. Assuming a level stress state in the area under investigation of the sample or the test specimen, certain (Φ, Ψ) measuring directions become so-called non-stretching directions in which the crystal lattice spacings d Φ , Ψ assume the size d₀ that is undistorted, ie stress-free Crystal lattice would be measured. If there is a homogeneous voltage and material state in the examination area of the test specimen, this strain-free crystal lattice spacing d₀ can be determined in this way.
Der Zugriff auf alle Werkstoffe mit kristallinen oder teilkristallinen Strukturen oder Strukturanteilen erklärt die breitgefächerten Anwendungsmöglichkeiten der RSM. Eine zusammenfassende Übersicht ist in "Haug, V., Macherauch, E." advanced in X- Ray analizes", 1984, Nr. 27, Seiten 81 bis 99, gegeben.Access to all materials with crystalline or semi-crystalline structures or Structural parts explain the wide range of possible applications of RSM. A summary is in "Haug, V., Macherauch, E." advanced in X- Ray analizes ", 1984, No. 27, pages 81 to 99.
Eine zur Spannungsermittlung notwendige Veränderung des Kippwinkels (Ψ), siehe hierzu auch Fig. 1, von Meßpunkt zu Meßpunkt führt innerhalb einer Meßreihe zu einer Variation der mittleren Eindringtiefe (τ) der Röntgenstrahlen. Grundsätzlich sind zur Variation des Kippwinkels (Ψ) zwei unterschiedliche Meßgeometrien verwendbar, die sogenannte Ω-Geometrie und die sogenannte Ψ-Geometrie. Bei Verwendung der Ω-Geometrien bestimmt sich die mittlere Eindringtiefe (τ) durch folgenden Formel zusammenhang:A change in the tilt angle (Ψ) necessary for voltage determination, see also FIG. 1, from measurement point to measurement point leads to a variation in the mean penetration depth (τ) of the X-rays within a series of measurements. Basically, two different measurement geometries can be used to vary the tilt angle (Ψ), the so-called Ω geometry and the so-called Ψ geometry. When using the Ω geometries, the mean penetration depth (τ) is determined by the following formula:
Bei Messungen gemäß der Ψ-Geometrie hingegen wird nachfolgende Formel ver wendet:However, the following formula is used for measurements according to the Ψ geometry turns:
Gemäß Fig. 2a entspricht in der Ω-Geometrie die Kippachse zur Einstellung des Ψ- Winkels der Mittelpunktachse des Diffraktometermeßkreises, während die Kippachse in Ψ-Geometrie gemäß Fig. 2b in der Meßkreisebene des Diffraktometers liegt und die Probenoberfläche tangiert. In den vorstehend genannten Beziehungen entspricht µ dem linearen Schwächungskoeffizienten.According to FIG. 2a, in the Ω geometry the tilt axis for setting the Ψ angle corresponds to the center axis of the diffractometer measuring circle, while the tilt axis in Ψ geometry according to FIG. 2b lies in the measuring circle plane of the diffractometer and affects the sample surface. In the above relationships, µ corresponds to the linear attenuation coefficient.
Liegen oberflächennahe Spannungsgradienten vor, so führen Auswerteverfahren, die einen über die Tiefe des Meßarials konstanten Spannungszustand voraussetzen, zu fehlerhaften Ergebnissen. Bei bekannten und über die Tiefe des Meßarials invarian ten dehnungsfreien Gitterparametern (d₀) können diese Fehler zwar numerisch korri giert oder durch spezielle Meßverfahren eliminiert werden (siehe hierzu Ballard et. al., "Depth profiling biaxial stresses in sputter deposited molybdenum films, use of the cos²Φ-method", Advanced in X-Ray analysis 39, 1996) doch können im Falle von gleichzeitigem Auftreten von Spannungsgradienten und Gradienten der Gitterpara meter derzeit nur Tiefenprofile auf röntgendiffreaktometrischem Wege ausschließlich im streifenen Strahleinfall ermittelt werden. Der Nachteil dieser Verfahren ist jedoch, daß der unter streifendem Strahleinfall ausmeßbare Eindringtiefenbereich um etwa eine Größenordnung geringer ist als jener, der bei Nutzung konventioneller Rönten diffraktometrie zur Verfügung stehen würde.If there are voltage gradients close to the surface, evaluation methods presuppose a constant state of tension over the depth of the measuring area erroneous results. In known and invarian over the depth of the Meßarials These strain-free lattice parameters (d₀) can numerically correct these errors be eliminated or eliminated by special measuring methods (see Ballard et. al., "Depth profiling biaxial stresses in sputter deposited molybdenum films, use of the cos²Φ-method ", Advanced in X-Ray analysis 39, 1996) but in the case of simultaneous occurrence of stress gradients and gradients of the lattice para meters only depth profiles using X-ray diffractometric methods exclusively can be determined in the streaked beam incidence. However, the disadvantage of this method is that the penetration depth range measurable under grazing beam incidence is about an order of magnitude less than that using conventional X-rays diffractometry would be available.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur röntendiffraktometri schen, zerstörungsfreien Bestimmung von dehnungsfreien Gitterparametern und/oder mechanischen Spannungszuständen in Oberflächenschichten polykristalli ner Prüflinge, die einen Gradienten der mechanischen Spannung und/oder der deh nungsfreien Gitterparameter senkrecht zur Prüfunglingsoberfläche aufweisen, derart weiterzubilden, daß die Eindringtiefen zur Ermittlung von Tiefenprofilen von Span nungen und Gitterparametern wesentlich erhöht werden sollen.The invention has for its object a method for X-ray diffractometry non-destructive determination of strain-free lattice parameters and / or mechanical stress states in surface layers polycrystalline ner test specimens that have a gradient of mechanical stress and / or deh have free grid parameters perpendicular to the surface of the test object, such to further develop the depths of penetration to determine depth profiles of chip and grid parameters should be increased significantly.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken weiterführende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution to the problem on which the invention is based is in claim 1 specified. Features that extend the concept of the invention are the subject matter of subclaims.
Erfindungsgemäß sieht das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vor, daß zur separaten Bestimmung von Tiefenverteilungen der dehnungsfreien Gitterpa rameter sowie des Spannungszustandes die Informationen des gesamten diffrakto metrischen Beugungsspektrums verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfah ren teilt sich in zwei Verfahrensstufen, einem ersten Experiment zur Bestimmung des Profils der dehnungsfreien Gitterparameter und einem zweiten Experiment zur Span nungsmessung in verschiedenen Tiefen der Probe. According to the invention, the method according to the preamble of claim 1 provides that for the separate determination of depth distributions of the strain-free lattice pair rameter and the state of tension, the information of the entire diffracto metric diffraction spectrum can be used. The inventive method ren is divided into two process stages, a first experiment to determine the Profile of the strain-free lattice parameters and a second experiment to span measurement at different depths of the sample.
Im ersten Schritt wird zur Bestimmung des Tiefenprofils der dehnungsfreien Gitterpa rameter die Linienlage von mehreren Beugungsmaxima in dehnungsfreien Richtun gen ermittelt. Zur Ermittlung einer dehnungsfreien Richtung Ψ* wird zunächst die vorstehend beschriebene Beziehung für ε( Φ , Ψ ) gleich Null gesetzt. Mit dieser Bestim mungsgleichung kann die dehnungsfreie Richtung Ψ*, die unter der Randbedingung eines ebenen Spannungszustandes gelöst werden kann, ermittelt werden. Ψ* kann zudem beispielsweise nach einer von Haug beschriebenen Methode (siehe hierzu V.M. Haug et al., Med. trans. A. 13 A, 1239, 1992) entnommen werden. Hierbei wird folgende Beziehung für Ψ* ermittelt:In the first step, the line position of several diffraction maxima in strain-free directions is determined to determine the depth profile of the strain-free grating parameters. To determine an expansion-free direction Ψ *, the relationship described above for ε ( Φ , Ψ ) is first set to zero. With this determination equation, the strain-free direction Ψ *, which can be solved under the boundary condition of a flat stress state, can be determined. Ψ * can also be taken, for example, using a method described by Haug (see VM Haug et al., Med. Trans. A. 13 A, 1239, 1992). The following relationship is determined for Ψ *:
Der Parameter ν steht für eine elastische Material-Konstante, wobei das Spannungs verhältnis σ₁₁/σ₂₂ ohne Kenntnis der Gitterparameter ermittelt werden kann.The parameter ν stands for an elastic material constant, whereby the tension ratio σ₁₁ / σ₂₂ can be determined without knowledge of the lattice parameters.
Für einen rotationssymmetrischen Spannungszustand vereinfacht sich die vorste hende Gleichung zuThe first one is simplified for a rotationally symmetrical stress state equation
Unter dem Kippwinkel Ψ* wird der Gitterparameter d₀(Ψ*) in bekannter Weise für alle geeigneten Reflexe vermessen. Die Eindringtiefe der Röntgenstrahlung variiert dabei entsprechend den FormelnUnder the tilt angle Ψ * the grating parameter d₀ (Ψ *) is known for all suitable reflexes. The penetration depth of the X-rays varies according to the formulas
unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Ω-Geometrie bzw. Ψ-Geometrie mit dem Bragg-Winkel Θ. Auf diese Weise kann aus den Messungen ein Profil d₀(τ) erstellt und numerisch hinterlegt werden.using the Ω geometry or Ψ geometry described above with the Bragg angle Θ. In this way, a profile d₀ (τ) can be obtained from the measurements. created and stored numerically.
In dem zweiten Experiment werden die Spannungsmessungen mit dem bekannten sin²Ψ-Verfahren auf verschiedenen vorgegebenen Tiefenniveaus τ durchgeführt. Die für die einzelnen Reflexe einzustellenden Kippwinkel Ψ (Θ, τ) ergeben sich aus vor stehenden Gleichungen für die Ω-Geometrie unter Verwendung eines Ω- Diffraktometers zuIn the second experiment, the voltage measurements are made with the known one sin²Ψ method performed at various predetermined depth levels τ. The The tilt angles Ψ (Θ, τ) to be set for the individual reflections result from standing equations for the Ω geometry using an Ω Diffractometer too
Einen entsprechenden Kippwinkelzusammenhang unter Verwendung eines Ψ- Diffratometers ergibt sich zuA corresponding tilt angle relationship using a Ψ- Diffratometers results
Wesentlich zur Ermittlung des Spannungszustandes in einer bestimmten Eindringtiefe τ ist dabei, daß der Bragg-Winkel Θ der Beugungsmaxima von mehreren Reflexen gemessen wird. Wobei jedem Reflex jeweils ein Kippwinkel Ψ derart zugeordnet wird, daß die vorgegebene Eindringtiefe τ während der Messung konstant bleibt. Der Spannungszustand wird nachfolgend nach konventionellen Verfahren, z. B. nach dem sin²Ψ -Verfahren ermittelt. Hierbei gilt folgender Zusammenhang:Essential for determining the state of stress at a certain penetration depth τ is that the Bragg angle Θ of the diffraction maxima of several reflections is measured. Each reflex is assigned a tilt angle Ψ in this way becomes that the predetermined depth of penetration τ remains constant during the measurement. Of the The stress state is subsequently determined using conventional methods, e.g. B. after sin²Ψ method determined. The following relationship applies:
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren ohne Einschrän kung des allgemeines Erfindungsgedanken anhand eines Ausführungsbeispiels be schrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to the figures without limitation kung the general inventive concept based on an embodiment wrote. Show it:
Fig. 1 Proben- und Winkelgeometrie röntgendiffratometrischer Unter suchungen, Fig. 1 sample and angular geometry röntgendiffratometrischer investigations,
Fig. 2 Winkelzusammenhänge in der Ω-Geometrie sowie Ψ-Geoemtrie, Fig. 2 angular relationships in the Ω-geometry and Ψ-Geoemtrie,
Fig. 3 Tabelle für röntgenographische Spannungsanalyse an Ti(Cn), Fig. 3 table for X-ray stress analysis of Ti (CN),
Fig. 4 Diagramm eines Tiefenprofils der Gitterkonstanten Fig. 4 diagram of a depth profile of the lattice constants
Fig. 5 Tabelle für Kippwinkel für Spannungsmessung, Fig. 5 table for tilt angle for voltage measurement,
Fig. 6 sin²Ψ-Diagramm bei 3 µm Eindringtiefe, Fig. 6 sin²Ψ Chart 3 microns in depth,
Fig. 7 Tabelle mit Meßergebnissen für Spannungswerte sowie Eindring tiefe, sowie Fig. 7 table with measurement results for voltage values and penetration depth, as well
Fig. 8 Spannungstiefenprofilmessung. Fig. 8 voltage depth profile measurement.
Wie vorstehend bereits beschrieben, zeigen die Fig. 1 und 2 grundlegende Geome triedarstellungen für röntgenographische Untersuchungsmethoden, auf die an dieser Stelle lediglich verwiesen wird.As already described above, FIGS . 1 and 2 show basic geometry representations for X-ray examination methods, to which reference is only made at this point.
In einem Beitrag von B. Eigenmann und Macherauch, E. Mat.-wiss u. Werkstofftech nik 26, 199-216, 1995, sind elastische Konstanten und dehnungsfreie Richtungen für einzelne Reflexe bei einer Spannungsmessung an Ti(C,N) zusammengestellt wor den, die durch Messungen unter Verwendung eines Ω-Diffraktometers gewonnen wurden.In a contribution by B. Eigenmann and Macherauch, E. Mat.-wiss u. Materials technology nik 26, 199-216, 1995, are elastic constants and non-stretching directions for individual reflections during a voltage measurement on Ti (C, N) were put together those obtained by measurements using an Ω diffractometer were.
Die Messungen sind an einer 5 µm dicken Ti(C,N) Gradientenschicht, die nichtreak tives auf ein WC/Co-Targett aufgesputtert worden ist, durchgeführt. Der Span nungszustand in der Schicht kann als rotationssymmetrisch angesehen werden. Der lineare Schwächungskoeffizient für Cu-Kα Strahlung beträgt µ = 0,0826 µm-1 und kann über die Tiefe des Meßareals als konstant angenommen werden.The measurements are carried out on a 5 μm thick Ti (C, N) gradient layer which has not been reactively sputtered onto a WC / Co-Targett. The state of stress in the layer can be regarded as rotationally symmetrical. The linear attenuation coefficient for Cu-Kα radiation is µ = 0.0826 µm -1 and can be assumed to be constant over the depth of the measurement area.
Unter den in der Tabelle gemäß Fig. 3 aufgeführten Kippwinkeln Ψ* wurden die zugeordneten Reflexe {hkl} gemessen und in bekannter Weise mittels der Bragg′schen Gleichung die Gitterparameter d₀ berechnet. Danach wurden mit Hilfe vonAmong those in the table of FIG 3 tilt angles Ψ listed * the associated reflections {hkl} were measured and calculated in known manner by means of the Bragg equation, the lattice parameter d₀.. Then with the help of
für das kubisch kristallisierende Ti(C,N) die d₀-Werte in die Gitterkonstante a₀ umge rechnet.for the cubically crystallizing Ti (C, N) the d₀ values are converted into the lattice constant a₀ calculates.
In Fig. 4 ist die Gitterkonstante über der gewichteten mittleren 1/e-Eindringtiefe τ der Röntgenstrahlung aufgetragen. Eine Rückrechnung auf die Probentiefe z gemäßIn FIG. 4, the lattice constant of the weighted average is 1 / e penetration depth of X-rays applied τ. A back calculation to the sample depth z according to
liefert ein lineares Profil p(z) für die Gitterkonstante der Formgives a linear profile p (z) for the lattice constant of the form
Die Spannungsmessungen wurden für Eindringtiefen τ zwischen 1 µm und 4,5 µm durchgeführt. Die zugehörigen Kippwinkel wurden entsprechendThe stress measurements were made for penetration depths τ between 1 µm and 4.5 µm carried out. The associated tilt angles were made accordingly
ermittelt und sind in der Tabelle gemäß Fig. 5 wiedergegeben.determined and are shown in the table in FIG. 5.
Für alle Eindringtiefen wurden nach dem sin²Ψ-Verfahren der röntgenographischen Spannungsmessung Diagramme aufgenommen und die Eigenspannungen ermittelt. Ein Beispiel für solch ein sin²Ψ-Diagramm zeigt Fig. 6. Diagrams were recorded for all penetration depths using the sin²Ψ method of X-ray stress measurement and the residual stresses were determined. An example of such a sin²Ψ diagram is shown in FIG. 6.
Die zugehörigen Meßergebnisse sind in der Tabelle gemäß Fig. 7 aufgeführt und in Fig. 8 als Spannungstiefenprofil dargestellt. Als Abszissenparameter wurde die ge wichtete mittlere 1/e-Eindringtiefe τ verwendet.The associated measurement results are listed in the table in accordance with FIG. 7 and shown in FIG. 8 as a stress depth profile. The weighted mean 1 / e penetration depth τ was used as the abscissa parameter.
Claims (5)
- - daß zur Bestimmung des Tiefenprofils der dehnungsfreien Gitterparameter der
Braggwinkel θΨ *, Φ * von mehreren Beugungsmaxima jeweils in dehnungsfreien
Richtungen Ψ*, Φ* gemessen wird, wobei Ψ*, Φ* für einen ebenen Spannungszu
stand durch
mit Φ* beliebig
ν elastische Konstante und
σ₁₁/σ₂₂ Verhältnis von Spannungskomponenten
gegeben sind und für jeden gemessenen Braggwinkel der Gitterparameter ermittelt wird, dem eine 1/e-Eindringtiefe T mittels diffraktometrischer Vermessung zugeordnet wird, - - daß zur Ermittlung des Spannungszustandes in einer bestimmten 1/e-
Eindringtiefe T der Braggwinkel θ der Beugungsmaxima von mehreren Reflexen
gemessen wird, wobei jedem Reflex jeweils ein Kippwinkel Ψ derart zugeordnet
wird, daß die vorgegebene 1/e-Eindringtiefe T während der Messung konstant
bleibt, und der Spannungszustand ε für die vorgegebene 1/e-Eindringtiefe τ mit
tels
mit s1 und s2 röntgenographische Elastizitätskonstanten für jeden Reflex (hkl)
σÿ: = Spannungskomponenten
ermittelt wird und wobei zur Ermittlung eines Tiefenprofils der mechanischen Spannung die Spannungsermittlung in verschiedenen 1/e-Eindringtiefen τ durchgeführt wird.
- - That to determine the depth profile of the strain-free grating parameters, the Bragg angle θ Ψ *, Φ * of several diffraction maxima is measured in strain-free directions Ψ *, Φ *, where Ψ *, Φ * stood for a flat stress condition with Φ * any
ν elastic constant and
σ₁₁ / σ₂₂ ratio of stress components
are given and for each measured Bragg angle the lattice parameter is determined, to which a 1 / e penetration depth T is assigned by means of diffractometric measurement, - - That the Bragg angle θ of the diffraction maxima of several reflections is measured to determine the voltage state in a certain 1 / e penetration depth T, each tilt being assigned a tilt angle Ψ such that the predetermined 1 / e penetration depth T is constant during the measurement remains, and the stress state ε for the given 1 / e penetration depth τ with tels with s1 and s2 X-ray elastic constants for each reflex (hkl) σ ÿ : = stress components
is determined and, in order to determine a depth profile of the mechanical stress, the stress determination is carried out in different 1 / e penetration depths τ.
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