[發明專利]測定陶瓷或玻璃質材料主體中成分濃度的方法

有效

• 申請號: 201811431631.3
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109991196B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: H·弗里德里克
• 申請（專利權）人: 賀利氏石英玻璃有限兩合公司
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本申請涉及用于測定陶瓷或玻璃質材料主體中成分濃度的方法。已知用于測定陶瓷或玻璃質材料主體中成分濃度的測量方法，其中測定在測量方向上穿透所述陶瓷或玻璃質材料主體的測量波的光學路徑長度或信號傳播時間，并且加以評估。由此而始，為了表明用于測定陶瓷或玻璃質材料主體中成分濃度的非破壞性方法也適用于相關主體的生產過程中的測量，根據本發明建議將調制千兆赫茲輻射用作測量波。

技術領域

本發明涉及一種用于測定陶瓷或玻璃質材料主體中成分濃度的方法，其包含測量在測量方向上穿透陶瓷或玻璃質材料主體的測量波的光學路徑長度或信號傳播時間。

背景技術

由陶瓷或玻璃質材料制成的主體的化學性質取決于其預期用途。例如，其部分或全部由玻璃，特別是石英玻璃組成。這里的石英玻璃應理解為是指摻雜或未摻雜的二氧化硅玻璃，其SiO₂含量至少為85％。玻璃是多孔的、透明的、不透明的、有色的，特別是它也可以是黑色的。或者主體部分或全部由陶瓷，特別是單組分陶瓷(例如AlN、BN、Si₃N₄或SiC)組成。

由陶瓷或玻璃質材料制成的主體的幾何形狀也取決于預期用途。例如，其被用作光纖制造、燈具生產、化學設備工程或半導體生產中的組件或半成品，并且其例如以管、實心圓筒、板、法蘭、環、塊、燈泡、蓋板、反射器、反射器載體、鏡基片坯、透鏡、載體架、鐘、坩堝、保護罩、反應器和設備的形式可用。

材料的物理和化學性質受到不希望的雜質和有意添加的摻雜劑的影響。除主要材料之外的這些雜質和摻雜劑在下文中也稱為“成分”。石英玻璃中的成分例如是羥基(OH)、氯(Cl)，氟(F)和金屬元素(Ge、B、P、Al、Ti、Fe等)。例如，羥基在紅外范圍內產生吸收帶，但也可以改善石英玻璃對UV輻射的耐輻射性。石英玻璃摻雜二氧化鈦達8重量％會減小熱膨脹系數。

這種由玻璃質材料制成的主體的一個特別重要的特性是它們的折射率和它們的空間分布。例如，纖維預制件的徑向折射率分布曲線決定了從其中拉出的光纖的波導特性。許多成分對折射率有影響。氟是一種會降低石英玻璃折射率的摻雜劑。

為了表征玻璃材料，且特別是為了測定陶瓷或玻璃質材料主體中成分的濃度，經常使用光譜方法，例如紅外或拉曼光譜。這里評估測量樣品之中或之上的電磁測量波的吸收或散射。拉曼測量尤其需要高度的調整努力。然而，一個特別的缺點是，特定尺寸的測量樣品通常需要取自陶瓷或玻璃質材料主體并且以很大的工作量制備。

使用聲波或超聲波的非破壞性測量方法避免了這一缺點。這里成分濃度的測定是基于此類穿透陶瓷或玻璃質材料主體的聲波與其它未穿透陶瓷或玻璃材料主體或沿著較短路線穿透其的聲波的至少部分疊加的評估。這種測量方法描述在魏廷存(Wei，Ting-Cun)“摻雜氟的二氧化硅玻璃的聲學特性(Acoustic?properties?of?silica?glass?dopedwith?fluorine)”，非結晶固體雜志(Journal?of?Non-Crystalline?Solids)321(2003)，第126頁-第133頁的技術文章中。

這里通過超聲波測量(LSAW；漏表面聲波)分析具有不同氟濃度的石英玻璃樣品，表明隨著氟濃度的增加，超聲波在石英玻璃體中的傳播速度線性地降低。因此，測量或計算石英玻璃體中超聲波的傳播速度允許測定氟濃度。超聲波的傳播速度是通過在沒有和有聲音通過測量樣品傳播的情況下脈沖音調突發信號的干擾來測定的。水被用作耦合介質，以將來自超聲換能器的超聲波耦合到測量主體中。

US?2017/031006A1描述了一種用于檢測渦輪葉片和其它金屬或陶瓷組件的損壞、材料變化或污染的光學方法。為此，通過“矢量網絡分析”評估反射測量光束與不受工件影響的參考光束相比的相位和/或幅度變化。測量光束的頻率范圍在射頻、HF頻率或微波頻率范圍內。

發明內容