β-反向散射法

用β粒子确定各种层。

利用β-反向散射法,您可以利用放射性原子的辐射来测量各种基底上有机和无机层的厚度。这种测量是非破坏性的,而且根据实施情况,可以是非接触式测量,也可以是接触式测量。

这就是β-反向散射法的工作原理。

这就是贝塔背向散射法的工作原理

在β-反向散射过程中,同位素源会发射β粒子(电子)。β粒子由原子核的放射性衰变(更准确地说:β衰变)产生。β粒子穿透工件的涂层和基体材料,并被两种材料的原子散射。为了测量涂层厚度,需要计算反向散射电子的数量。如果涂层厚度发生变化,反向散射电子的数量也会发生变化。

因此,只要涂层和基底材料的原子序数(核电荷数)相差足够大,就可以测量任何基底材料上任何材料的涂层厚度。使用贝塔背向散射法,只能测量涂层系统的最上层。该方法是一种非常普遍适用的涂层厚度测量方法。

这个过程在哪里使用?

  • 在镍、青铜或陶瓷上镀很厚的金,用于装饰部件、艺术品或航空航天应用
  • 在铜管上镀银,用于大电流触点
  • 钢制部件上的薄油膜和润滑油膜,作为轻度防腐保护层
  • 在变压器和电动机制造过程中,在电工钢上镀一层薄漆

哪些因素会影响测量结果?

  • β粒子的能量
  • 涂层材料的密度
  • 测量时间
  • 涂层和基材的原子序数差
  • 涂层的成分
  • 夹层、基材的成分
  • β源的活性
  • 准直器大小
  • 正确校准带来不同

      Fischer 校准标准用于记录涂层/基材组合的特性曲线,该曲线将使用适当的β源并考虑到适当的准直器(准直器开口直径起决定性作用)进行测量。

  • β辐射的能量

      层越厚,放射性原子核的电子能量就越大。在 Fischer 公司,放射性核素 C-14(碳-14)、Pm-147(钷-147)、Tl-204(铊-204)和 Sr-90(锶-90)可用于各种厚度的层。

  • 密度

      校准样品层和实际样品层之间的密度差异可以通过使用简单的校正系数(密度比)来补偿。

  • 测量时间

      β衰变是一个随机过程。这意味着每秒都会有或多或少的原子核随机衰变,从而导致衰变过程中发射的贝塔粒子数量出现波动。这种波动会增加涂层厚度测量值的散度。如果要减少测量值散乱的比例,就必须增加测量时间--无论是在校准期间还是在测量实际样品时。

  • 涂层和基体材料的原子序数之差

      反向散射β粒子的数量直接取决于涂层和基体材料的原子序数。如果原子序数相差较小,则β粒子数量的差异也相应较小。β粒子数量的差异越小(越大),测量值的散射就越大(越小)。这也可以通过延长测量时间来弥补。

  • 层的组成

      如果涂层的成分与校准时使用的涂层相比发生了变化,在变化较小的情况下,可以通过校正系数进行补偿。但在大多数情况下,必须使用改变后的涂层重新进行校准。

  • 中间层,基材成分

      如果 "计量 "基础材料的成分因中间层或基础材料实际成分的变化而发生变化,在许多情况下,可以通过将新的 "计量 "基础材料校准到现有的特性曲线中来轻松补偿(关键词:标准化)。

  • β源的活动

      随着时间的推移,β源的活度及其发射的β粒子数量会逐渐减少。可以通过新的归一化(校准特性曲线的零点和终点)或新的校准来补偿活度降低对测量的影响。较低的放射性活度通常需要较长的测量时间。

  • 准直器开口尺寸

      β源发射的β粒子数量和反向散射的β粒子数量在很大程度上取决于准直器的大小。因此,需要对每个准直器进行单独校准。准直器越大,β粒子的数量就越多,测量时间也就越短。

这里采用的是哪种标准?

根据 DIN EN ISO 3543、ASTM B567 和 BS 5411 标准制定的 Beta 后向散射法