DE102008008829A1 - Method for registration of real structure-information in solid crystal bodies by X-ray radiation, involves representing crystallographic real structure of solid crystal body by hard X-ray braking radiation on detector holding surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Registrierung von Realstruktur-Informationen in massiven Kristallkörpern mittels Röntgenstrahlung, wobei die Kristallkörper eine von der Ordnungszahl abhängige Mindestdicke aufweisen, wobei die Vorrichtung zumindest aus einer Mikrofokus-Röntgenröhre, einer Kristallkörper-Halterung und einem Detektor mit einer Detektoraufnahmefläche in einer natürlichen Atmosphäre besteht, wobei eine Durchstrahlung des in der Kristallkörper-Halterung befindlichen Kristallkörpers zur Erzeugung einer radiographischen Schattenabbildung auf dem Detektor zur Registrierung der makroskopischen Realstruktur des Kristallkörpers durchgeführt wird.The The invention relates to a method and a device for registration of real structure information in massive crystal bodies by means of X-radiation, wherein the crystal bodies have a dependent of the atomic number minimum thickness, wherein the device at least from a microfocus X-ray tube, a crystal body holder and a detector with a Detector receiving surface in a natural atmosphere exists, with a radiation of the in the crystal body holder located crystal body to produce a radiographic Shadow image on the detector for registration of macroscopic Real structure of the crystal body performed becomes.
In der Industrie wird daran gearbeitet, die makroskopische und/oder kristallographische Defektstruktur von massiven Kristallkörpern, die als Einkristalle oder als grobkristalline, aus wenigen Kristalliten bestehende Körper, insbesondere auch in Form von Bauteilen ausgebildet sind, mit möglichst wenig Aufwand zu analysieren, um eine Qualitätssicherung der hergestellten Körper herbeizuführen.In The industry is working on the macroscopic and / or crystallographic defect structure of massive crystal bodies, as single crystals or as coarsely crystalline, out of a few crystallites existing body, especially in the form of components are trained to analyze with as little effort as possible, to ensure the quality of manufactured bodies bring about.
Unter der makroskopischen Defektstruktur werden dabei im Allgemeinen Lunker und Risse, aber auch beabsichtigt eingebrachte Hohlräume oder Zusatzkörper verstanden, während die kristallographische Defektstruktur eine Aussage über Abweichungen der Realstruktur von der Idealstruktur eines Kristallkörpers ermöglicht.Under The macroscopic defect structure generally becomes voids and cracks, but also intentionally introduced cavities or additional body understood while the crystallographic Defect structure a statement about deviations of the real structure from the ideal structure of a crystal body.
Im ersten Fall werden klassische, bildgebende Röntgen-Durchstrahlungsverfahren in Form einer Röntgeninspektion mit Film, Bildplatte (engl. image plate) oder Festkörperdetektor bzw. Computertomographie eingesetzt. Für die kristallographische Analyse der Kristallkörper kommen z. B. die Einkristall-Diffraktometrie, das Laue-Verfahren, das Weissenberg-Verfahren, das Drehkristall-Verfahren sowie weitere Verfahren zur Anwendung. In der Halbleiterindustrie kommt gegebenenfalls noch die Lang-Topographie hinzu.in the The first case will be classical X-ray radiographic imaging in the form of an X-ray inspection with film, image plate (engl. image plate) or solid-state detector or computed tomography used. For the crystallographic analysis of the crystal bodies come z. As the single-crystal diffractometry, the Laue method, the Weissenberg process, the rotary crystal process and others Method of use. In the semiconductor industry comes if necessary even the long topography added.
Das herkömmliche Laue-Verfahren ist ein Röntgenbeugungsverfahren, welches polychromatische Röntgenstrahlung in Form von Bremsstrahlung verwendet. Bei der Beugung am Einkristallkörper werden punktförmige Reflexe, die so genannten Laue-Spots erhalten. Lage und Form der Spots sind hier Indikatoren für die kristallographische Realstrukturbewertung.The conventional Laue method is an X-ray diffraction method which uses polychromatic X-radiation in the form of Bremsstrahlung. In the diffraction on the single crystal body become point-like Reflexes that receive so-called Laue spots. Location and shape of the Spots are here indicators of the crystallographic Real Structure Review.
Die Probleme des Laue-Verfahrens lassen sich am besten am Beispiel der Prüfung von einkristallinen Turbinenschaufeln aufzeigen. Gleiches gilt für die Untersuchung der Güte von ähnlichen Bauteilen oder gezüchteten Kristallkörpern.The Problems of the Laue method can be best described using the example of Show examination of single-crystal turbine blades. The same applies to the investigation of the quality of similar ones Components or grown crystal bodies.
Die Untersuchungen an Bauteilen, wie z. B. Turbinenschaufeln, werden in aufwändiger Art und Weise derart durchgeführt, dass beispielsweise mittels Röntgenstrahlung in Rückstrahlrichtung und mit einem Flächendetektor das Bauteil zur Registrierung der Laue-Interferenzen zuerst auf der Vorderseite und dann auf der Rückseite bzw. gleichzeitig „abgefahren" wird. Lage- und Geometrieveränderungen der Laue-Punkte müssen dabei ständig ausgewertet werden.The Investigations of components such. B. turbine blades are carried out in such a complex manner, that for example by means of X-radiation in the direction of return and with a surface detector, the component for registering the Laue interference first on the front and then on the back or at the same time "worn down." Positional and geometric changes of the Laue points must be constantly evaluated.
Die Realstruktur-Informationsaussage ist nicht überzeugend, da die Lagen der Defekte nicht den entsprechenden Orten in den Körpern zugeordnet werden können und wegen der geringen Informationstiefe der Laue-Interferenzen nicht das gesamte Kristallvolumen erfasst werden kann. Durch die beidseitigen Aufnahmen ist ein hoher Material- und Zeitaufwand erforderlich.The Real structure information statement is not convincing because the layers of the defects are not the corresponding places in the bodies can be assigned and because of the low information depth the Laue interference does not capture the entire crystal volume can be. Due to the two-sided images, a high material and time required.
Die Synchrotronbeugungsverfahren mit hoher Energie sowie die Neutronenbeugungsverfahren sind ebenfalls sehr aufwändig.The High energy synchrotron diffraction methods and neutron diffraction techniques also very expensive.
Wie
ein hochenergetischer feinfokussierter Elektronenstrahl auf eine
Kupfer-Einkristallkugel im Hochvakuum geschossen und in Durchstrahlung
die Intensität der Röntgenstrahlung auf einem
Film detektiert wird, ist bereits in der Druckschrift
In ähnliche
Richtung zielen die Ergebnisse, die in der Druckschrift
Die Probleme beider Lösungen bestehen darin, dass durch die Nutzung von Elektronenstrahlen im Hochvakuum mit den beschriebenen Vorrichtungen keine massiven Kristallkörper an Luft geprüft werden können.The Problems of both solutions are that through the Use of electron beams in high vacuum with the described Devices no massive crystal bodies are tested in air can.
Eine
Anfertigung von Interferenz-Diagrammen mit Bremsstrahlung im Bereich
niedriger Energien zwischen 50 eV bis 8 keV ist in der Druckschrift
Eine
Kombination der Erzeugung von Weitwinkelinterferenzen mit einer
radiographischen Abbildung ist in der Druckschrift
- a) Es ist eine Strahlungsquelle mit genügend kleinem Brennfleck vorgesehen.
- b) Es ist ausdrücklich eine charakteristische Röntgenstrahlung bei einer Energie von 5 keV bis 20 keV für die gleichzeitige Belichtung der Weitwinkelinterferenzen einzusetzen.
- c) Die Dicke D der Kristalle muss der zur Anwendung kommenden charakteristischen Röntgenstrahlung so angepasst sein, dass sich Interferenzen genügend stark vom Untergrund abheben.
- d) Die Öffnung des Röntgenstrahlenkegels ist groß genug auszubilden, damit auch die Weitwinkelinterferenzen auftreten und registriert werden können.
- a) It is provided a radiation source with a sufficiently small focal spot.
- b) It is expressly a characteristic X-ray radiation at an energy of 5 keV to 20 keV for the simultaneous exposure of the wide-angle interference use.
- c) The thickness D of the crystals must be adapted to the characteristic X-ray radiation used in such a way that interferences stand out sufficiently strongly from the ground.
- d) The opening of the X-ray cone is large enough to form, so that the wide-angle interference occur and can be registered.
Darin wird zur gleichzeitigen Erzeugung der Röntgeninterferenzen und des Röntgenschattenbildes von Kristallen ausdrücklich nur mit charakteristischer Strahlung gearbeitet, wodurch sich Probleme ergeben, die darin bestehen, dass die Probendicke D infolge der Absorption möglichst dünn (D ≤ 50 μm bis 300 μm) gewählt werden muss, damit die Interferenzen sich noch gegenüber dem Untergrund abheben und registriert werden können. Außerdem ist es erforderlich, das Anodenmaterial entsprechend zu wählen.In this is used to generate X-ray interference at the same time and the X-ray silhouette of crystals explicitly working only with characteristic radiation, which causes problems which consist in that the sample thickness D due to the absorption as thin as possible (D ≤ 50 μm to 300 μm) must be chosen so that the interference is still take off against the ground and be registered can. It is also necessary to use the anode material to choose accordingly.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass dickere Bauteile und insbesondere massive Körper demzufolge abgedünnt werden müssen, wodurch das Verfahren nicht mehr zerstörungsfrei durchgeführt werden kann.One Another problem is that thicker components and in particular massive bodies must therefore be thinned whereby the process is no longer carried out nondestructive can be.
Aufgrund der in den Fachartikeln angegebenen Sachlage ist die gleichzeitige Abbildungs-Akkumulation für dicke und massive Kristallkörper in der Folgezeit von der Fachwelt nicht weiter verfolgt worden.by virtue of the fact stated in the technical articles is simultaneous Image accumulation for thick and massive crystal bodies in the subsequent period has not been followed by the professional world.
Eine
Vorrichtung zur Anfertigung von Weitwinkel-Rückstrahlaufnahmen
mit charakteristischer Röntgenstrahlung ist in der Druckschrift
Eine ähnliche
Vorrichtung zur Anfertigung von Weitwinkel-Röntgen-Rückstrahlaufnahmen
ist in der Druckschrift
Im Falle von Synchrotronstrahlbeugungsverfahren ist es zweckmäßig, den Kristallkörper zeitaufwändig schichtweise abzurastern, was vergleichbar mit einer Tomographie ist. Eine Anwendung von Mehrstrahlinterferenzen scheidet ebenfalls aus, da es sich um die Untersuchung von teilweise stark gestörten Realkristallen handelt.in the In the case of synchrotron beam diffraction methods it is expedient the crystal body time consuming layer by layer scan, which is similar to a tomography. An application of multi-beam interference is also eliminated because it is the investigation of partially strongly disturbed real crystals is.
Neutroneninterferenzaufnahmen in Durchstrahlung haben das Problem, dass sie nicht so hoch ortsaufgelöst sind, um eine Realstrukturaussage in gestaffelter Form über die gesamte Dicke des Kristalls zu treffen.Neutron interference shots In radiation have the problem that they are not so highly spatially resolved are about to make a real structure statement in staggered form to hit the entire thickness of the crystal.
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der kristallographischen
Qualität von Objekten mit einer Kristallstruktur durch
Erregung von Kikuchi-Pseudolinien in der Umgebungssphäre
sind in der Druckschrift
Ein Problem besteht darin, dass eine Abbildung von Kikuchi-Pseudolinien aus gebeugten Elektronen entsteht, unabhängig von der anregenden Photonenart. Es wird eine Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgen-Photoelektronen in dem Objekt benutzt, die interferieren und die Kikuchi-Pseudolinien erzeugen. Der zu prüfende Kristallkörper muss offenbar mehrfach in andere Winkellagen gedreht werden, um ein „neues Bild" zu erhalten. Eine Durchführung des Verfahrens – Erzeugung von Elektronen in dem Objekt – ist in Durchstrahlrichtung nur an sehr dünnen Objekten bzw. ausschließlich an Oberflächen möglich.One Problem is that an image of Kikuchi pseudo lines from diffracted electrons, regardless of the exciting type of photon. There will be an X-ray tube for generating X-ray photoelectrons used in the object that interfere and the Kikuchi pseudo lines produce. The crystal body to be tested must apparently be rotated several times in other angular positions to a "new Image "A Performance of the Process - Generation of electrons in the object - is in the direction of radiation only on very thin objects or exclusively on surfaces possible.
Es
ist ein Verfahren zur radiographischen Überprüfung
eines Objektes mit einem Kristallgitter in der Druckschrift
Ein Problem besteht darin, dass das Verfahren ausschließlich der Verbesserung der Radiographie dient. Die durch Fluoreszenzanregung erzeugte Sekundärstrahlung in dem kristallinen Objekt wird im Sinne der radiographischen Abbildung als störend – als „parasitic element" – bezeichnet, und das Verfahren zeigt eine Möglichkeit der Dämpfung.One Problem is that the procedure exclusively the improvement of radiography is used. The by fluorescence excitation generated secondary radiation in the crystalline object becomes in the sense of radiographic imaging as disturbing - as "parasitic element "- denotes, and the method shows a possibility the damping.
Ein
weiteres Verfahren zur Detektion von Absorptions-, Brechungs- und
Streubildern eines Objektes durch unabhängiges Analysieren,
Registrieren, Digitalisieren und Kombinieren der Bilder ist in der Druckschrift
Ein Problem besteht darin, dass das Verfahren zur Detektion von Brechungs- und Streubildern dient, wobei das Verfahren zur Verbesserung ausschließlich einer radiographischen Abbildung dient, indem bekannte Streueffekte wie Kleinwinkel- und Comptonstreuung gering gehalten werden und so eine radiographische Kontrastverbesserung eintritt. Eine Abbildung der kristallographischen Realstruktur erfolgt nicht, da kein Beugungseffekt benutzt wird.One The problem is that the method for detecting refractive and spreading patterns, the method of improving exclusively a radiographic image is used by known scattering effects how small angle and Compton scattering are kept low and so a radiographic contrast enhancement occurs. An illustration The crystallographic real structure does not take place because there is no diffraction effect is used.
Ein
anderes Verfahren zum Erhalt einer Abbildung einer inneren Struktur
eines Objekts ist in der Druckschrift
- 1. Bereitstellen eines Strahlbündels einer harten Strahlung,
- 2. Einbringen eines asymmetrischen Einkristall-Monochromators in den Strahlengang, wobei das daran reflektierte Strahlbündel ein flächenförmiges Strahlbündel einer im Wesentlichen parallel gerichteten, aber leicht divergierenden Strahlung ist, die einen spezifischen Divergenzwinkel besitzt,
- 3. Durchstrahlen des Objektes mit dem flächenförmigen Strahlbündel, so dass die Strahlung durch das Objekt hindurchgeht,
- 4. Einbringen eines Kristall-Analysators in den Strahlengang strahlabwärts des Objektes an eine Position, in der die Braggsche Reflexion des flächenförmigen Strahlbündels wirksam ist, das auf den Kristall-Analysator auftrifft, um das Strahlbündel zu beugen und ein gebeugtes Strahlbündel und ein durchgelassenes Strahlbündel zu bilden, wobei die Anordnung so ist, dass der Winkelbereich der Reflexion von den wirksamen Kristallflächen des Analysators um den exakten Braggschen Reflexionswinkel herum zumindest zweimal so groß ist wie der Divergenzwinkel des flächenförmigen Strahlbündels, das durch den Einkristall-Monochromator gebildet wird, und
- 5. Registrieren des gebeugten Strahlbündels oder sowohl des durchgelassenen als auch des gebeugten Strahlbündels an einem punktsensitiven Strahldetektor.
- 1. providing a beam of hard radiation,
- 2. introducing an asymmetric monocrystal monochromator into the beam path, the beam reflected therefrom being a sheet-like beam of substantially parallel, but slightly divergent, radiation having a specific divergence angle,
- 3. irradiating the object with the sheet-like beam, so that the radiation passes through the object,
- 4. placing a crystal analyzer in the beam path downstream of the object to a position in which the Bragg reflection of the sheet-like beam is incident on the crystal analyzer to diffract the beam and add a diffracted beam and a transmitted beam the arrangement being such that the angular range of the reflection from the effective crystal faces of the analyzer about the exact Bragg reflection angle is at least twice the divergence angle of the sheet-shaped ray formed by the single crystal monochromator, and
- 5. Register the diffracted beam or both the transmitted and the diffracted beam at a point-sensitive beam detector.
Ein Problem besteht darin, dass als Quelle ein Röntgenstrahler mit kontinuierlicher Strahlung eingesetzt wird, jedoch werden zur Erzeugung der Beugungsinterferenzen asymmetrische Einkristall-Monochromatoren sowohl vor als auch nach dem Objekt verwendet, die die zur Beugung benötigten diskreten Wellenlängen durch Drehung auf das Objekt lenken und den Röntgenstrahl parallelisieren. Weiterhin ist durch die Verwendung der Monochromatoren eine radiographische Abbildung des Untersuchungsobjektes unmöglich.One The problem is that the source is an X-ray source is used with continuous radiation, however, to be Generation of diffraction interferences asymmetric single crystal monochromators used both before and after the object that diffracts required discrete wavelengths by rotation steer to the object and parallelize the x-ray beam. Farther is a radiographic through the use of monochromators Picture of the object to be examined impossible.
Des
Weiteren ist ein Röntgenstrahl-Topographiesystem in der
Druckschrift
Ein Problem besteht darin, dass der Röntgenstrahl nicht senkrecht, sondern unter einem Winkel kleiner 90° auf das Objekt geschossen wird. Weiterhin wird der Strahl nach dem Austritt aus der Röhre durch die nachfolgende Röntgenoptik parallelisiert. Der Parallelstrahl wird nach Durchgang durch das Objekt durch einen Strahlstopper aufgefangen und abgelenkt und unter einem bestimmten Winkel auf den Detektor gelenkt. Weiterhin ist es bei dem Verfahren und der Vorrichtung notwendig, Relativbewegungen zwischen dem Objekt und der Quel le durchzuführen, um die gewünschten Ergebnisbilder zu erhalten. Es handelt sich hier um ein Röntgentopographieverfahren.One problem is that the X-ray beam is not shot perpendicularly but at an angle of less than 90 ° to the object. Furthermore, the jet after emerging from the Röh parallelized by the subsequent X-ray optics. The parallel beam is trapped by a beam stopper after passing through the object and deflected and directed at a certain angle to the detector. Furthermore, it is necessary in the method and apparatus to perform relative movements between the object and the source to obtain the desired result images. This is an X-ray topography method.
Ein
Verfahren zur zerstörungsfreien Analyse und ein zugehöriges
Analysegerät ist in der Druckschrift
Ein Problem besteht darin, dass die Vorrichtung mit Parallelstrahlen arbeitet. Dem Objekt ist ein Kristall zur Parallelisierung der Strahlung vorgelagert. Der Röntgenstrahl trifft nicht senkrecht auf das Objekt. Die Strahlung wird nach Durchtritt durch das Objekt durch einen Analysekristall geschickt, bevor die so beeinflusste Strahlung auf dem Detektor trifft.One Problem is that the device with parallel rays is working. The object is a crystal for the parallelization of the radiation upstream. The x-ray beam does not strike upright the object. The radiation is transmitted through the object sent through an analysis crystal before it influenced that Radiation hits the detector.
Die Probleme der genannten Verfahren bestehen darin, dass keines mit einem einzigen Verfahren die makroskopische und kristallographische Realstruktur mittels Gewinnung einer Volumeninformation an kompakten Kristallkörpern und Bauteilen gleichzeitig und ohne jegliche Bewegung der Vorrichtungskomponenten unter Verwendung harter Bremsstrahlung abzubilden gestattet.The Problems of the above methods are that none with a single procedure the macroscopic and crystallographic Real structure by obtaining volume information in compact form Crystal bodies and components simultaneously and without any Movement of the device components using hard bremsstrahlung allowed to map.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Registrierung von Realstruktur-Informationen in massiven Kristallkörpern mittels Röntgenstrahlung anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass die Realstruktur von massiven Kristallkörpern zerstörungsfrei, gleichzeitig, schnell und weitgehend visuell sichtbar dargestellt und eine Sofortbeurteilung der Realstruktur zur röntgenschattenmikroskopischen und kristallographischen Charakterisierung getroffen werden können. Dabei sollen insbesondere im Inneren der massiven Kristallkörper die kristallographischen Defekte sowie die Lage und das Ausmaß der bei der Herstellung entstandenen Defekthohlräume, eingebundenen Fremdteilchen als auch beabsichtigten Hohlräume sowie Kristallkörperänderungen nach Belastung reproduzierbar und auswertefähig erfasst werden.Of the The invention is therefore based on the object, a method and a device for registering real structure information in massive crystal bodies by means of X-radiation indicate that are designed so that the real structure of massive crystal bodies non-destructive, displayed simultaneously, quickly and largely visually and an immediate assessment of the real structure for X-ray microscopic and crystallographic characterization can be made. It should be especially inside the massive crystal body the crystallographic defects as well as the location and extent of the the production of resulting defect cavities, bound Foreign particles as well as intended voids and crystal body changes can be detected reproducibly and evaluated after loading.
Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1,
10 und 20 gelöst. Das Verfahren zur Registrierung von Realstruktur-Informationen
in massiven Kristallkörpern mit Röntgenstrahlung,
wobei die Kristallkörper eine von der Ordnungszahl abhängige
Mindestdicke D aufweisen, wird mit einer Vorrichtung, bestehend
zumindest aus einer Mikrofokus-Röntgenröhre, einer
Kristallkörper-Halterung und einem Detektor mit einer Detektoraufnahmefläche
in einer natürlichen Atmosphäre realisiert, wobei eine
Durchstrahlung des in der Kristallkörper-Halterung befindlichen
Kristallkörpers zur Erzeugung einer radiographischen Schattenabbildung
auf dem Detektor zur Registrierung der makroskopischen Realstruktur
des Kristallkörpers durchgeführt wird,
wobei
gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs
1
auf der Detektoraufnahmefläche registrierfähige
linienförmige Bremsstrahlinterferenzen zur Darstellung einer
kristallographischen Realstruktur des massiven Kristallkörpers
durch harte Röntgenbremsstrahlung in einem Wellenlängenbereich
von Δλ ≈ 1,0 bis 1,3 λmin, aus dem der massive Kristallkörper
die exakt zur Beugung an seinen Netzebenen benötigte Wellenlänge λ herausfiltert,
erzeugt werden, wobei die linienförmigen Bremsstrahlinterferenzen
die durch eine verbleibende Reststrahlintensität erzeugte
radiographische Schattenabbildung gleichzeitig überlagern, wobei
eine Intensitätsverstärkung der linienförmigen Bremsstrahlinterferenzen
mittels folgender Schritte herbeigeführt wird:
- – mittels Einsetzens einer unmittelbar hinter dem Strahlaustritt der Mikrofokus-Röntgenröhre angeordneten Blende, deren Blendenloch einen zur Einstellung einer Strahldivergenz ausgebildeten Durchmesser hat,
- – durch eine Einstellung eines Abstandes R2 zwischen dem Kristallkörper und der Detektoraufnahmefläche, wobei der Abstand R2 mindestens das Zwanzigfache der Entfernung des Kristallkörpers vom Strahlaustritt der Mikrofokus-Röntgenröhre beträgt,
- – durch eine Einstellung der Belichtungszeit t der Mikrofokus-Röntgenröhre, wobei die eingestellte Belichtungszeit t von der Ordnungszahl des Materials des Kristallkörpers, von der Dicke D des Kristallkörpers und von der Empfindlichkeit des Detektors abhängt, und
- – durch eine Einstellung der Beschleunigungsspannung U der Mikrofokus-Röntgenröhre, die eine Intensität des Primärröntgenstrahls erzeugt, bei der die Intensität des Maximums des Primärröntgenstrahls durch die Absorption des Kristallkörpers um mindestens 25% verringert ist, wobei eine Einstellung des Verhältnisses zwischen der die radiographische Schattenabbildung erzeugenden Reststrahlintensität und der Interferenzstrahlintensität durchgeführt und somit ein registrierfähiges Kontrastbild zeitgleich zwischen den Interferenzlinien und der radiographischen Schattenabbildung herbeigeführt wird.
wherein according to the characterizing part of patent claim 1
linear brake-beam interferences that can be registered on the detector mounting surface to represent a crystallographic real structure of the massive crystal body by hard X-ray braking radiation in a wavelength range of Δλ ≈ 1.0 to 1.3 λ min , from which the massive crystal body filters out the wavelength λ required exactly for diffraction at its network planes, The line-shaped brake beam interferences simultaneously superimpose the radiographic shadow image generated by a remaining residual beam intensity, whereby an intensity enhancement of the line-shaped brake beam interferences is brought about by means of the following steps:
- By inserting a diaphragm arranged immediately behind the beam exit of the microfocus X-ray tube, the aperture hole of which has a diameter designed to set a beam divergence,
- By adjusting a distance R 2 between the crystal body and the detector receiving surface, wherein the distance R 2 is at least twenty times the distance of the crystal body from the beam exit of the microfocus X-ray tube,
- By adjusting the exposure time t of the microfocus X-ray tube, the set exposure time t depending on the atomic number of the material of the crystal body, the thickness D of the crystal body and the sensitivity of the detector, and
- By adjusting the acceleration voltage U of the microfocus X-ray tube, which produces an intensity of the primary X-ray beam in which the intensity of the maximum of the primary X-ray beam is reduced by at least 25% by the absorption of the crystal body, wherein an adjustment of the ratio between the radiographic shadow image generating Residual beam intensity and the interference beam intensity performed and thus a registerable contrast image is brought about at the same time between the interference lines and the radiographic shadow image.
Die Bestrahlung wird mit harter Röntgenbremsstrahlung in einem Energiebereich von 50 keV bis 450 keV durchgeführt.The Irradiation is done with hard X-ray braking radiation in one Energy range of 50 keV to 450 keV performed.
Zur gleichzeitigen Abbildungs-Überlagerung der Schattenabbildung und der Bremsstrahlinterferenzlinien zu einem registrierfähigen Kontrastbild wird für die Mikrofokus-Röntgenröhre eine Belichtungszeit t im Minutenbereich eingestellt.to simultaneous image overlay of the shadow image and the Bremsstrahlinterferenzlinien to a registerable Contrast image is for the microfocus X-ray tube set an exposure time t in the minute range.
Wahlweise können vorgegebene Kristallgebiete des Kristallkörpers mittels einer xy-Manipulatoreinheit an der den Kristallkörper halternden Kristallkörper-Halterung abgerastert werden.Optional can predetermined crystal regions of the crystal body by means of an xy manipulator unit on the crystal body retaining crystal body holder are scanned.
Eine Vergrößerung der Abbildungs-Überlagerung auf der Fläche des Detektors kann zur Einstellung des Abstandes R2 durch eine Abstands-Verstelleinrichtung durchgeführt werden, mit der der Detektor bzw. die Detektoraufnahmefläche relativ zur Mikrofokus-Röntgenröhre eingestellt wird.An increase in the image overlay on the surface of the detector can be carried out to adjust the distance R 2 by a distance adjusting device with which the detector or the detector receiving surface is adjusted relative to the microfocus X-ray tube.
Als massive Kristallkörper können monokristalline oder grobkristalline Kristallkörper eingesetzt werden.When massive crystal bodies can be monocrystalline or coarsely crystalline crystal bodies.
Die massiven Kristallkörper können eine Mindestdicke D im Bereich von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern aufweisen, wobei die in die Vorrichtung eingebrachten und die Mindestdicke D aufweisenden Kristallkörper aus der harten Röntgenbremsstrahlung des Bereiches von Δλ ≈ 1,0 bis 1,3 λmin die exakt beu gende Wellenlänge zur Erzeugung der linienförmigen Bremsstrahlinterferenzen selbst herausfiltern.The solid crystal bodies may have a minimum thickness D in the range of a few millimeters to a few centimeters, wherein the introduced into the device and the minimum thickness D having crystal body of the hard X-ray braking radiation of the range of Δλ ≈ 1.0 to 1.3 λ min exactly Beu Filter out the appropriate wavelength for generating the linear brake jet interference itself.
Bei Durchstrahlung von grobkristallinen, aus Einzelkristallen bestehenden Kristallkörpern dient die Blende in Kombination mit einer Kristallkörperbewegung mittels der xy-Manipulatoreinheit der Sondierung und Abbildung von Einzelkristallen.at Radiation of coarsely crystalline, consisting of single crystals Crystal bodies serves the aperture in combination with a Crystal body movement by means of the xy manipulator unit the probing and imaging of single crystals.
Teile der Beugungskegel für linienförmige Bremsstrahlinterferenzen, die außerhalb des mit Interferenzlinien überlagerten Schattenbildes existieren, enthalten ausschließlich die Information der kristallographischen Realstruktur im Gegensatz zu den Beugungskegeln im Kontrastbild, die die radiographische Schattenabbildung und die kristallographische Realstruktur enthalten, wobei beide Beugungskegelarten gleichzeitig auf der Detektoraufnahmefläche registriert werden.parts the diffraction cone for linear brake jet interference, the outside of the superimposed with interference lines Silhouette exist, exclusively contain those Information of the crystallographic real structure as opposed to the diffraction cones in the contrast image, the radiographic shadow image and the crystallographic real structure, both Diffraction cone types simultaneously on the detector receiving surface be registered.
Eine Vorrichtung zur Registrierung von Realstruktur-Informationen in massiven Kristallkörpern mit Röntgenstrahlung, wobei die Kristallkörper eine von der Ordnungszahl abhängige Mindestdicke D aufweisen, in einer natürlichen Atmosphäre umfasst
- – eine Mikrofokus-Röntgenröhre, die einen direkten Primärröntgenstrahl mit harter Röntgenbremsstrahlung in einem Energiebereich von 50 keV bis 450 keV liefert,
- – eine Kristallkörper-Halterung zur Halterung des zu untersuchenden Kristallkörpers,
- – einen Detektor mit einer Detektoraufnahmefläche, die in einem Abstand R1 vom Strahlaustritt der Mikrofokus-Röntgenröhre aus entfernt angeordnet ist, wobei der Kristallkörper zur Erzeugung einer radiographischen Schattenabbildung auf dem Detektor zur Registrierung der makroskopischen Realstruktur des Kristallkörpers durchstrahlt wird,
wobei im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 10
zur Erzeugung von registrierfähigen linienförmigen Bremsstrahlinterferenzen auf der Detektoraufnahmefläche unmittelbar hinter dem Strahlaustritt der Mikrofo kus-Röntgenröhre und dem gehalterten Kristallkörper ein Intensitätsverstärker in Form einer Blende zur Reduktion seitlicher Streustrahlung sowie zur Strahldivergenzeinstellung eingebracht ist, wobei die Blende mit einem Lochdurchmesser im Millimeterbereich versehen ist,
dass ein Abstand R2 zwischen dem Kristallkörper und der Detektoraufnahmefläche vorgesehen ist, der zumindest das Zwanzigfache der Entfernung des Kristallkörpers vom Strahlaustritt der Mikrofokus-Röntgenröhre beträgt, und
dass eine Beschleunigungsspannung U der Mikrofokus-Röntgenröhre vorgesehen ist, die eine Strahlintensität nach dem Kristallkörper erzeugt, bei der die Intensität des Maximums des Primärröntgenstrahls durch die Absorption des Kristallkörpers um mindestens 25% bezüglich des zugehörigen Intensitätsmaximums verringert ist, wobei ein Verhältnis zwischen der die radiographische Schattenabbildung erzeugenden Reststrahlintensität und der Interferenzstrahlintensität eingestellt ist, mit dem ein auf der Detektoraufnahmefläche registrierfähiges Kontrastbild zwischen Interferenzlinien und radiographischer Schattenabbildung anzeigbar ist.An apparatus for registering real structure information in massive crystal bodies with X-radiation, wherein the crystal bodies have a minimum thickness D dependent on the atomic number, in a natural atmosphere
- A microfocus X-ray tube providing a direct primary x-ray beam with hard X-ray braking radiation in an energy range from 50 keV to 450 keV,
- A crystal body holder for holding the crystal body to be examined,
- A detector having a detector-receiving surface, which is arranged at a distance R 1 from the beam exit of the microfocus X-ray tube, wherein the crystal body is irradiated for generating a radiographic shadow image on the detector for registration of the macroscopic real structure of the crystal body,
wherein in the characterizing part of claim 10
for generating registrable line-shaped Bremsstrahlinterferenzen on the detector receiving surface immediately behind the beam exit of the Mikrokus X-ray tube and the content Erten crystal body an intensity enhancer in the form of a diaphragm for reducing lateral stray radiation and the Strahldivergenzeinstellung is introduced, the aperture is provided with a hole diameter in the millimeter range,
that a distance R 2 is provided between the crystal body and the detector receiving surface, which is at least twenty times the distance of the crystal body from the beam exit of the microfocus X-ray tube, and
in that an acceleration voltage U of the microfocus X-ray tube is provided which produces a beam intensity after the crystal body in which the intensity of the maximum of the primary X-ray beam is reduced by the absorption of the crystal body by at least 25% with respect to the associated intensity maximum, wherein a ratio between the radiographic Shadow image generating residual beam intensity and the interference beam intensity is set, with which a recordable on the detector receiving surface contrast image between interference lines and radiographic shadow image can be displayed.
Die Blende besteht aus einem hochabsorbierenden Material.The Aperture is made of a highly absorbent material.
Die Blende kann dafür eine Bleilochblende sein.The Aperture can be a lead aperture.
Außerdem ist ein Bleiblech auf der Rückseite des Detektors zur Abschirmung angeordnet.Furthermore is a lead sheet on the back of the detector for shielding arranged.
Eine an die Mikrofokus-Röntgenröhre angeschlossene Steuereinrichtung ist vorhanden, die zur Einstellung der Belichtungszeit t zur Durchführung der gleichzeitigen Abbildungs-Überlagerung zu dem registrierfähigen Kontrastbild und zur Einstellung der Beschleunigungsspannung U der Mikrofokus-Röntgenröhre vorgesehen ist.A connected to the microfocus X-ray tube Control device is available, which is used to set the exposure time t for performing the simultaneous image overlay to the registerable contrast image and setting the acceleration voltage U of the microfocus X-ray tube is provided.
Die Kristallkörper-Halterung für die Kristallkörper ist wahlweise mit einer xy-Manipulatoreinheit ausgestattet, um sämtliche vorgegebene Gebiete des Kris tallkörpers in die Registrierung einzubeziehen und/oder Einzelkristallite bei der Untersuchung von grobkristallinen Kristallkörpern zu sondieren.The crystal body holder for the crystal body is optionally equipped with an xy manipulator unit to include all predetermined areas of Kris tallkörpers in the registry hen and / or single crystallites in the investigation of coarsely crystalline crystal bodies to probe.
Der Detektor kann ein Röntgenfilm, ein Festkörperdetektor, eine Bildplatte oder eine Leuchtschirm/CCD-Kameraeinheit sein.Of the Detector can be an X-ray film, a solid state detector, an image plate or a screen / CCD camera unit.
Zur Vermeidung einer Überstrahlung der Bildmitten im kürzesten Abstand R1 zur Mikrofokus-Röntgenröhre und zugleich im Auftreffpunkt der Primärröntgenstrahl-Restintensität kann wahlweise ein Absorptionsfilter in den Strahlengang des Primärröntgenstrahles zwischen der Kristallkörper-Halterung und dem Detektor eingebracht sein.To avoid an over-radiation of the image centers at the shortest distance R 1 to the microfocus X-ray tube and at the same time the impact of the primary X-ray residual intensity can optionally be introduced into the beam path of the primary X-ray beam between the crystal body holder and the detector, an absorption filter.
Das Absorptionsfilter kann ein geometrisch ausgebildeter Körper, vorzugsweise eine Halbkugel oder ein Kugelsegment sein.The Absorption filter can be a geometrically formed body, preferably a hemisphere or a spherical segment.
Eine dem Absorptionsfilter zugeordnete Filter-Halterungseinrichtung kann aus einem die genutzte Röntgenstrahlung nur gering absorbierenden Werkstoff, vorzugsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, bestehen, so dass die Abbildungs-Überlagerung der Aufnahme zu dem registrierfähigen Kontrastbild nicht gestört wird.A the filter associated with the absorption filter can from a material which only slightly absorbs the X-ray radiation used, preferably carbon fiber reinforced plastic, so that the image overlay the shot to the registerable contrast image is not disturbed.
Die
Verwendung von harter Röntgenbremsstrahlung im Energiebereich
von 50 keV bis 450 keV zur gleichzeitigen Abbildungs-Überlagerung
von Informationen massiver Kristallkörper, die eine von
der Ordnungszahl abhängige Mindestdicke D aufweisen, erfolgt
in einer natürlichen Atmosphäre gemäß dem vorgenannten
Verfahren und der vorgenannten Vorrichtung gemäß dem
Kennzeichenteil des Patentanspruchs 20,
mittels einer direkten
Durchstrahlung zur Erzeugung einer radiographischen Schattenabbildung
zur Registrierung der makroskopischen Realstruktur des massiven
Kristallkörpers und
mittels einer Erzeugung von einen
zur Schattenabbildung registrierfähigen Kontrast aufweisenden Bremsstrahlinterferenzlinien
zur Registrierung der kristal lographischen Realstruktur des massiven
Kristallkörpers auf einem Detektor und zur visuellen oder abtastungsbezogenen
Auswertung.The use of hard X-ray braking radiation in the energy range of 50 keV to 450 keV for the simultaneous image superposition of information of solid crystal bodies having a number dependent on the atomic number D, takes place in a natural atmosphere according to the aforementioned method and the aforementioned device according to the characterizing part of Claim 20,
by means of a direct radiation to generate a radiographic shadow image for registration of the macroscopic real structure of the massive crystal body and
by means of a generation of a shadow image registerable contrast having Bremsstrahlinterferenzlinien for registration of the crystal lographic real structure of the massive crystal body on a detector and for visual or scanning related evaluation.
Im
Folgenden wird das zerstörungsfrei arbeitende Verfahren
näher erläutert:
Während der direkten
Durchstrahlung werden eine vergrößerte radiographische
Schattenabbildung (beispielsweise eine Defektstruktur) und die Registrierung
einer Beugungsinformation (kristallographische Parameter) z. B.
einige Millimeter bis einige Zentimeter dicker und großflächiger
Kristallkörper gleichzeitig in einer Aufnahme abgebildet
und mit Belichtungszeiten t im Minutenbereich mittels der Mikrofokus-Röntgenröhre
durchgeführt.The non-destructive method is explained in more detail below:
During the direct transmission, an enlarged radiographic shadow image (for example a defect structure) and the registration of a diffraction information (crystallographic parameters) z. B. a few millimeters to a few centimeters thick and large-area crystal body simultaneously imaged in a shot and performed with exposure times t in the minute range by means of microfocus X-ray tube.
Demgemäß kommt der Röntgenstrahl der Mikrofokus-Röntgenröhre zum Einsatz, der durch eine unmittelbar am Strahlaustritt angeordnete Bleilochblende hindurch auf den unmittelbar folgenden, einkristallinen bzw. grobkristallinen, als Prüfprobe geltenden Kristallkörper gerichtet ist. Von der Mikrofokus-Röntgenröhre wird deren harte Bremsstrahlung benutzt. In einem Abstand R1, dessen Größenordnung von einigen Millimetern bis zu einigen 100 Millimeter betragen kann, vom Strahlaustritt der Mikrofokus-Röntgenröhre aus entfernt, befindet sich ein Detektor, z. B. ein Röntgenfilm, der an seiner Rückseite mit einem Bleiblech abgeschirmt wird. Anstelle des Röntgenfilms kann alternativ auch ein entsprechender Festkörperdetektor oder eine Bildplatte verwendet werden. Die Kristallkörper-Halterung kann optional durch eine xy-Manipulatoreinheit ergänzt werden, um sämtliche Interessensgebiete der Kristallkörpers abzufahren, was ggf. bei größeren Prüfproben wünschenswert ist.Accordingly, the X-ray beam of the microfocus X-ray tube is used, which is directed through a directly arranged at the beam exit lead aperture on the immediately following, monocrystalline or coarse crystalline, valid as a test sample crystal body. The microfocus X-ray tube uses its hard bremsstrahlung. At a distance R 1 , whose magnitude may be from a few millimeters to several 100 millimeters, away from the beam exit of the microfocus X-ray tube, there is a detector, for. As an X-ray film, which is shielded at its rear with a lead sheet. Instead of the X-ray film, alternatively, a corresponding solid state detector or an image plate can be used. The crystal body holder can optionally be supplemented by an xy manipulator unit to remove all areas of interest of the crystal body, which may be desirable for larger test samples.
Die Verfahrensführung beginnt mit dem Einschalten der genannten Strahlenquelle, z. B. der Mikrofokus-Röntgenröhre, im unteren Minutenbereich. Die zugehörigen und genauen Belichtungszeiten t hängen von der Strahlenenergie, der Ordnungszahl des Kristallmaterials, der Kristallkörperdicke und der Detektorempfindlichkeit ab.The Procedure starts with the switching on of the mentioned Radiation source, z. B. the microfocus X-ray tube, in the lower minute range. The associated and accurate Exposure times t depend on the beam energy, the Atomic number of the crystal material, the crystal body thickness and the detector sensitivity.
Auf die genannte Weise werden auf dem Detektor simultan eine einstellbar vergrößerte Röntgenschattenmikroskopie-Aufnahme sowie linienförmige Bremsstrahlinterferenzen des durchstrahlten Kristallkörpergebietes in Form des registrierfähigen Kontrastbildes akkumuliert.On the said way become simultaneously adjustable on the detector enlarged X-ray shadow micrograph as well as line-shaped Bremsstrahlinterferenzen the irradiated Crystal body area in the form of the registerable Contrast image accumulated.
Das Verfahren basiert auf der Verwendung harter Röntgenbremsstrahlung knapp über die Wellenlänge λmin, etwa im Wellenlängenbereich von Δλ ≈ 1,0 bis 1,3 λmin, und benutzt nicht die langwelligere charakteristische Strahlung einer Röntgenröhre. Der massive Kristallkörper „filtert" und monochromatisiert gewissermaßen selbst die zur Beugung an ihren Netzebenen benötigte Wellenlänge aus dem kontinuierlichen Bremsspektrum Δλ.The method is based on the use of hard X-ray brake radiation just above the wavelength λ min , for example in the wavelength range of Δλ ≈ 1.0 to 1.3 λ min , and does not use the longer wavelength characteristic radiation of an X-ray tube. The massive crystal body "filters" and monochromatizes to a certain extent even the wavelength required for diffraction at its lattice planes from the continuous brake spectrum Δλ.
Die Erfindung ermöglicht ein zerstörungsfrei arbeitendes Kombinationsverfahren, welches in direkter Durchstrahlung und gleichzeitig eine vergrößerte radiographische Schattenabbildung zur Ermittlung der makroskopischen Defektstruktur und die Registrierung einer Beugungsinformation mittels linienförmiger Bremsstrahlinterferenzen zur Ermittlung kristallographischer Parameter dicker, insbesondere einige Millimeter bis einige Zentimeter dicker und großflächiger, massiver Kristallkörper gleichzeitig in einer Aufnahme nutzt.The Invention allows a non-destructive working Combination method, which in direct transmission and simultaneously an enlarged radiographic shadow image to determine the macroscopic defect structure and the registration a diffraction information by means of linear brake jet interference to determine crystallographic parameters thicker, in particular some Millimeters to a few centimeters thicker and larger, massive crystal body at the same time in a receptacle uses.
Die Erfindung ermöglicht, weil kein Elektronenstrahl mit Vakuumbedingungen benötigt wird, die Untersuchung an Luft und somit auch an größeren und massive Kristallkörper darstellenden Bauteilen.Because no electron beam with vacuum conditions is needed, the invention makes it possible to study in air and thus also in larger ones and massive crystal body performing components.
Um sämtliche interessierende Bereiche bzw. Gebiete des Kristallkörpers bzw. des Bauteiles abzufahren, kann der Kristallkörper wahlweise mit der xy-Manipulatoreinheit „abgerastert" werden.Around all areas of interest or areas of the crystal body or abzufahren the component, the crystal body optionally "scanned" with the xy manipulator unit.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem häufig angewandten Laue-Verfahren (Oberflächenanalyse bis ca. 300 μm Tiefe) ist, dass die Lage der Defekte in dem erfindungsgemäßen Verfahren über die gesamte Kristallkörperdicke D zurückverfolgt werden kann.One further advantage over the frequently used Laue method (surface analysis up to approx. 300 μm Depth) is that the location of the defects in the invention Method over the entire crystal body thickness D can be traced.
Um die verfahrensbedingte Überstrahlung der Bildmitten im kürzesten Abstand zur Röntgenquelle und zugleich am Auftreffpunkt der Primärröntgenstrahl-Restintensität zu vermeiden, kann wahlweise ein Verlaufs-Absorptionsfilter, z. B. eine Halbkugel oder ein Kugelsegment, in den Röntgenstrahlengang zusätzlich eingebracht werden. Um damit die Darstellung nicht zusätzlich zu stören, kann die dafür benötigte Filter-Halterungseinrichtung aus einem die genutzte Röntgenstrahlung nur gering absorbierenden Werkstoff (z. B. kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff) bestehen.Around the procedural exuberance of the picture centers in shortest distance to the X-ray source and at the same time at the point of impact of the primary X-ray residual intensity To avoid, optionally, a gradient absorption filter, for. B. a hemisphere or a spherical segment, in the X-ray beam additionally introduced. Order the representation not in addition to bother, that can be needed filter-holder device from a used X-radiation only low absorbing material (eg. B. carbon fiber reinforced plastic) exist.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert in Durchstrahlrichtung Realstruktur-Informationen über die gesamte Kristallkörperdicke und über einen größeren Kristallbereich.The inventive method provides in the transmission direction Real structure information about the total crystal body thickness and over a larger crystal area.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterliegt den in der industriellen Prüfpraxis gravierenden Einschränkungen, dass die Kristallkörperdicke D infolge der Absorption möglichst dünn (D ≤ 50 μm bis 300 μm) gewählt werden muss, nicht, da es demgegenüber den umgekehrten Weg beschreitet, der auf der Verwendung harter Röntgenbremsstrahlung basiert und dicke, massive Kristallkörper in Form von Proben oder Bauteilen in ihrer gesamten Kristallkörperdicke D einer zerstörungsfreien Untersuchung zugänglich macht.The inventive method is subject to in the industrial testing practice serious limitations, that the crystal body thickness D due to the absorption as possible thin (D ≤ 50 μm to 300 μm) must not be chosen, as it is in contrast takes the opposite route, based on the use of hard X-ray braking radiation based and thick, massive crystal bodies in the form of samples or Components in their total crystal body thickness D one non-destructive investigation.
Wesentlich ist die Verwendung von harter Röntgenbremsstrahlung im Energiebereich von 50 keV bis 450 keV zur direkten Durchstrahlung massiver Kristallkörper zur gleichzeitigen Abbildungs-Überlagerung einer radiographischen Schattenabbildung zur Registrierung der makroskopischen Defektstruktur des Kristallkörpers und einer Erzeugung von linienförmigen Bremsstrahlinterferenzen zur Registrierung der kristallographischen Defektstruktur des Kristallkörpers auf einem Detektor zur visuellen oder abtastungsbezogenen Auswertung.Essential is the use of hard X-ray brake radiation in Energy range from 50 keV to 450 keV for direct transmission massive crystal body for simultaneous image overlay a radiographic shadow image for registration of the macroscopic defect structure of the crystal body and a generation of linear Bremsstrahlinterferenzen for registration of the crystallographic Defect structure of the crystal body on a detector for visual or scanning related evaluation.
Die Erfindung ermöglicht es, dass die im Stand der Technik genannten Einschränkungen bezüglich der zu durchstrahlenden Dicke der Kristallkörper umgangen werden, da das Verfahren im Bereich hoher Energien zwischen 50 keV bis ca. 450 keV und damit im Bereich harter Röntgenbremsstrahlung arbeitet. Demzufolge können auch dicke und massive Bauteile radiographisch untersucht werden.The Invention allows that in the prior art mentioned restrictions on the to be irradiated Thickness of the crystal bodies are bypassed as the process in the range of high energies between 50 keV to approx. 450 keV and thus works in the area of hard X-ray braking radiation. As a result, also thick and massive components can be examined radiographically become.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.The Invention is based on an embodiment by means of explained in more detail several drawings.
Sie zeigen:she demonstrate:
Im
Folgenden werden die
- – eine
Mikrofokus-Röntgenröhre
2 , die einen direkten Primärröntgenstrahl31 mit harter Röntgenbremsstrahlung20 in einem Energiebereich von 50 keV bis 450 keV liefert, - – eine Kristallkörper-Halterung
9 zur Halterung des zu untersuchenden Kristallkörpers5 ,51 ,52 , - – einen Detektor
7 mit einer Detektoraufnahmefläche71 , die in einem Abstand R1 vom Strahlaustritt21 der Mikrofokus-Röntgenröhre2 aus entfernt angeordnet ist, wobei der Kristallkörper5 ,51 ,52 zur Erzeugung einer radiographischen Schattenabbildung auf dem Detektor7 zur Registrierung der makroskopischen Realstruktur13 ,13' des Kristallkörpers5 , wie in3 gezeigt ist, durchstrahlt wird.
- - A microfocus X-ray tube
2 that have a direct primary x-ray31 with hard X-ray braking radiation20 in an energy range from 50 keV to 450 keV, - - a crystal body holder
9 for holding the crystal body to be examined5 .51 .52 . - - a detector
7 with a detector receiving surface71 which emerges from the jet at a distance R 121 the microfocus X-ray tube2 is located away from, wherein the crystal body5 .51 .52 to generate a radiographic shadow image on the detector7 to register the macroscopic real structure13 .13 ' of the crystal body5 , as in3 is shown, is irradiated.
Erfindungsgemäß ist
zur Erzeugung von registrierfähigen linienförmigen,
in den
wobei
ein Abstand R2 zwischen dem Kristallkörper
wobei eine Beschleunigungsspannung U der Mikrofokus-Röntgenröhre
wherein a distance R 2 between the crystal body
wherein an acceleration voltage U of the microfocus X-ray tube
Die
auf der Detektoraufnahmefläche
In
Die
in
Ein
Bleiblech
Es
ist eine an die Mikrofokus-Röntgenröhre
Eine
Kristallkörper-Halterung
Der
Detektor
Zur
Vermeidung einer Überstrahlung der Bildmitten im kürzesten
Abstand R1 zur Mikrofokus-Röntgenröhre
Das Absorptionsfilter kann ein geometrisch ausgebildeter Körper, vorzugsweise eine Halbkugel oder ein Kugelsegment sein.The Absorption filter can be a geometrically formed body, preferably a hemisphere or a spherical segment.
Eine dem Absorptionsfilter zugeordnete Filter-Halterungseinrichtung kann aus einem die genutzte Röntgenstrahlung nur gering absorbierenden Werkstoff, vorzugsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, bestehen, so dass die Akkumulation der Aufnahme für das registrierfähige Kontrastbild nicht gestört wird.A the filter associated with the absorption filter can from a material which only slightly absorbs the X-ray radiation used, preferably carbon fiber reinforced plastic, so that the accumulation of recording for the recordable Contrast image is not disturbed.
Das
Verfahren zur Registrierung von Realstruktur-Informationen in massiven
Kristallkörpern mit einer Röntgenstrahlung
wobei
eine Durchstrahlung des in der Kristallkörper-Halterung
wherein a radiation of the in the crystal body holder
Erfindungsgemäß werden
auf der Detektoraufnahmefläche
- – mittels
Einsetzens einer unmittelbar hinter dem Strahlaustritt
21 der Mikrofokus-Röntgenröhre2 angeordneten Blende4 , deren Blendenloch12 einen zur Einstellung einer Strahldivergenz6 ausgebildeten Durchmesser hat, - – durch eine Einstellung eines Abstandes R2 zwischen
dem Kristallkörper
5 ,51 ,52 und der Detektoraufnahmefläche71 , wobei der Abstand R2 mindes tens das Zwanzigfache der Entfernung des Kristallkörpers5 ,51 ,52 vom Strahlaustritt21 der Mikrofokus-Röntgenröhre2 beträgt, - – durch eine Einstellung der Belichtungszeit t der Mikrofokus-Röntgenröhre
2 , wobei die eingestellte Belichtungszeit t von der Ordnungszahl des Materials des Kristallkörpers5 ,51 ,52 , von der Dicke D des Kristallkörpers5 ,51 ,52 und von der Empfindlichkeit des Detektors7 ,71 abhängt, und - – durch eine Einstellung der Beschleunigungsspannung
U der Mikrofokus-Röntgenröhre
2 , die eine Intensität des Primärröntgenstrahls31 erzeugt, bei der die Intensität des Maximums des Primärröntgenstrahls31 durch die Absorption des Kristallkörpers5 ,51 ,52 um mindestens 25% verringert ist, wobei eine Einstellung des Verhältnisses zwischen der die radiographische Schattenabbildung erzeugenden Reststrahlintensität3 und der Interferenzstrahlintensität durchgeführt und somit ein registrierfähiges Kontrastbild30 zeitgleich zwischen den Interferenzlinien und der radiographischen Schattenabbildung herbeigeführt wird.
- - By inserting a directly behind the jet outlet
21 the microfocus X-ray tube2 arranged aperture4 , whose aperture hole12 one for setting a beam divergence6 has trained diameter, - By adjusting a distance R 2 between the crystal body
5 .51 .52 and the detector receiving surface71 , wherein the distance R 2 at least twenty times the distance of the crystal body5 .51 .52 from the beam exit21 the microfocus X-ray tube2 is, - By adjusting the exposure time t of the microfocus X-ray tube
2 , wherein the set exposure time t of the atomic number of the material of the crystal body5 .51 .52 , of the thickness D of the crystal body5 .51 .52 and the sensitivity of the detector7 .71 depends, and - - By adjusting the acceleration voltage U of the microfocus X-ray tube
2 giving an intensity of the primary x-ray31 generated at which the intensity of the maximum of the primary x-ray beam31 by the absorption of the crystal body5 .51 .52 is reduced by at least 25%, with an adjustment of the ratio between the residual beam intensity producing the radiographic shadow image3 and the interference beam intensity and thus a registerable contrast image30 at the same time between the interference lines and the radiographic shadow image is brought about.
Die Bestrahlung mit harter Röntgenbremsstrahlung wird in einem Energiebereich von 50 keV bis 450 keV durchgeführt.The Irradiation with hard X-ray braking radiation is in one Energy range of 50 keV to 450 keV performed.
Zur
gleichzeitigen Abbildungs-Überlagerung der Schattenabbildung
und der Bremsstrahlinterferenzlinien zu dem registrierfähigen
Kontrastbild
Wahlweise
können vorgegebene Kristallgebiete des Kristallkörpers
Eine
Vergrößerung der Abbildungs-Überlagerung
auf der Fläche
Als
massive Kristallkörper
Bei
einer Durchstrahlung von grobkristallinen, aus Einzelkristallen
bestehenden Kristallkörpern
Die
Teile der Beugungskegel
Die
Verwendung von harter Röntgenbremsstrahlung
zur gleichzeitigen
Abbildungs-Überlagerung von Informationen massiver Kristallkörper
mittels einer direkten Durchstrahlung
zur Erzeugung einer radiographischen Schattenabbildung zur Registrierung
der makroskopischen Realstruktur
mittels
einer Erzeugung von zur Schattenabbildung sich abhebenden, registrierfähigen
Kontrast aufweisenden Bremsstrahlinterferenzlinien zur Registrierung
der kristallographischen Realstruktur
for the simultaneous imaging overlay of information of massive crystal bodies
by direct irradiation to generate a radiographic shadow image for registration of the macroscopic real structure
by means of a generation of shading contrasting, registerable contrast having Bremsstrahlinterferenzlinien for registration of the crystallographic real structure
Das
Verfahren beginnt mit dem Einschalten der genannten Röntgenstrahlenquelle,
einer Mikrofokus-Röntgenröhre
Eine
an die Mikrofokus-Röntgenröhre
Auf
die beschriebene Weise werden auf dem Detektor
Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die aus der Mikrofokus-Röntgenröhre
Die
Dabei
sind im Inneren des TbNi2B2C-Kristallkörpers
Die
Die
Die
Die
Die
Das
Verfahren dient zur zerstörungsfreien Charakterisierung
der Güte von massiven Kristallkörpern
Das
Verfahren basiert auf der Verwendung harter Röntgenbremsstrahlung
knapp über der Wellenlänge λmin,
etwa im Wellenlängenbereich von Δλ ≈ 1,0
bis 1,3 λmin, und benutzt nicht
die langwelligere charakteristische Strahlung einer Röntgenröhre.
Der massive Kristallkörper
Insbesondere von massiven Silizium-Einkristallblöcken (engl. ingots) als Ausgangsmaterial für Wafer der Mikroelektronik und der Solartechnik, Piezokristallen, Einkristall-Turbinenschaufeln und Legierungskristallkörpern können die Realstruktur-Informationen mittels der Registrierung der gleichzeitigen Abbildungs-Akkumulation ermittelt und sofort entweder visuell oder durch eine hochauflösende Abtastung ausgewertet werden. Aber nicht nur auf Defektstrukturen bezogen, sondern auch in Erweiterung auf eine beabsichtigte innere Ausbildung der Kristallkörper können in den massiven Kristallkörpern gezielt dimensionierte und aus der Schmelze gezogene Hohlräume und/oder während der Schmelze vorgegeben eingebrachte Körper auf ihre Ausbildung, ihre Lage sowie ihre Defekte innerhalb der Kristallkörper überprüft werden.Especially massive silicon single crystal blocks (engl. ingots) as starting material for microelectronic wafers and solar technology, piezocrystals, single crystal turbine blades and alloy crystal bodies can be the real structure information by registering simultaneous image accumulation detected and immediately either visually or by a high-resolution Scanning be evaluated. But not only on defect structures but also in extension to an intended inner Formation of the crystal bodies can be massive Crystal bodies targeted dimensioned and from the melt drawn cavities and / or during the melt given bodies on their training, their Location as well as their defects within the crystal body checked become.
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Mikrofokus-RöntgenröhreMicrofocus X-ray tube
- 33
- Reststrahlungresidual radiation
- 3030
- registrierfähiges Kontrastbildregistered enabled contrast image
- 3131
- PrimärröntgenstrahlPrimary X-ray
- 3232
- linienförmige Bremsstrahlinterferenzen außerhalb des Kontrastbildeslinear Brake beam interference outside of the contrast image
- 44
- BleilochblendeLead pinhole
- 55
- Kristallkörpercrystal body
- 5151
- TbNi2B2C-KristallkörperTbNi 2 B 2 C crystal body
- 5252
- Turbinenschaufelturbine blade
- 66
- StrahldivergenzkegelBeam divergence cone
- 6'6 '
- Beugungskegel des überlagerten Kontrastbildesdiffraction cone of the superimposed contrast image
- 6''6 ''
- Beugungskegel außerhalb des überlagerten Kontrastbildesdiffraction cone outside the superimposed contrast image
- 77
- Detektordetector
- 7171
- DetektoraufnahmeflächeDetector receiving surface
- 88th
- Bleiblechlead sheet
- 99
- Kristallkörper-HalterungCrystal body holder
- 1010
- Rückseiteback
- 1111
- Manipulatoreinheitmanipulator unit
- 1212
- Blendenlochaperture hole
- 1313
- Hohlraumcavity
- 13'13 '
- Hohlraumcavity
- 1414
- Scharfe Interferenzliniesharp interference line
- 14'14 '
- Scharfe Interferenzliniesharp interference line
- 14''14 ''
- Unscharfe Interferenzlinieblurry interference line
- 1515
- Scharfe Interferenzliniesharp interference line
- 15'15 '
- Scharfe Interferenzliniesharp interference line
- 15''15 ''
- Unscharfe Interferenzlinieblurry interference line
- 1616
- InterferenzlinienbruchInterference line break
- 1717
- Steuereinrichtungcontrol device
- 1818
- RöntgenstrahlenspektrumX-ray spectrum
- 1919
- charakteristische Strahlungcharacteristic radiation
- 2020
- harte Röntgenbremsstrahlunghardness Bremsstrahlung
- 2121
- Strahlaustrittbeam exit
- 2222
- mittlerer Bereich der Aufnahmemiddle Area of recording
- 2323
- Randbereich der Aufnahmeborder area the recording
- DD
- KristallkörperdickeCrystal body thickness
- R1 R 1
- Abstand zwischen Strahlaustritt und Detektordistance between the beam exit and the detector
- R2 R 2
- Abstand zwischen Kristallkörper und Detektordistance between crystal body and detector
- UU
- Beschleunigungsspannungacceleration voltage
- tt
- Belichtungszeitexposure time
- x, yx, y
- Verschiebungskoordinatenshift coordinates
- λλ
- Wellenlängewavelength
- ΔλΔλ
- WellenlängenbereichWavelength range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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