干涉仪简介.pdfVIP

第四章 表面粗糙度测量与表面形貌分析用干涉仪 第1节 概述 在机械加工过程中 由于刀痕 切削过程中切屑分离时 的塑性变形 工艺系统中的高频振动 刀具和被加工表面的 摩擦等等原因 会使被加工零件的表面产生微小的峰谷 这 种被加工面所存在的较小间距和峰谷组成的微观几何形状特 征 就是零件的表面粗糙度 表面粗糙度是一种微观几何形状误差 又称微观不平度 对表面粗糙度 波度和形状误差通常都按波距来划分 波距 小于1mm的属于表面粗糙度 微观几何形状误差 波距在 1~10mm的属于表面波度 中间几何形状误差 波距大于 10mm的属于形状误差 宏观几何状误差 表面粗糙度对机器零件的使用性能有着重要的影响 主 要表现在 1 对摩擦和磨损的影响 2 对配合性的影响 3 对接触刚度的影响 4 对疲劳强度的影响 5 对抗腐蚀性的影响 6 对结合密封性的影响 此外 表面粗糙度还影响检验零件时的测量不确定度 零件外形的美观等等 特点 通常 量程小 测量分辨率高 nm 非接触 无目 标靶 现在表面分析技术已远走出机器零件表面粗糙度测量的 范围 表面形貌测量 微电子工业 硅片 磁盘表面 光盘 光学元件窗片 材料科学 表面形貌分析 材料微裂纹 生物工程 细胞 生物芯片 遗传学 科学研究 纳米技术 物理 化学 生物等基础科学 等等 二十世纪初 精密机械的制造精度 包括系统误差和随机误 差 仅为10 m 左右 发展到二十世纪九十年代 已提高到了几个nm 预期21世纪初 将达到纳米甚至亚纳米量级 进展 1981年IBM公司成功地研制了世界上第一台扫描隧道显 微镜 STM Scanning Tunneling Microscope 使人类有史 以来第一次能够实时地观察到单个原子在物质表面的排列状 态和与表面电子行为有关的物理化学性质 此后原子力显微镜 AFM Atomic Force Microscope 扫描近场光学显微镜 SNON Scanning Near-Field Optical Microsope 等相继出现 人类可以按自己的意愿直接操纵 单个原子或分子 从而制造出具有特定功能的产品 这些发明使人类第一次能够实时地观测单个原子在物质 表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理 化学性质 在物理 化学 表面科学等众多领域的研究中有着重大的意 义广阔的应用前景 被国际科学界公认为二十世纪八十年代 世界十大科技成就之一 STM的发明者G.Binnig和H.Rohrer 也因此获得1986年的诺贝尔物理奖 主要表面形貌微观测量仪性能比较 常用方法 第2节 相移干涉技术 分步相移干涉原理 λ h ϕ 4π h 被测表面微观 不平度 对于样品表面 x y 可以写出 I x y I x y +A ϕ x y +α ( , ) 0 ( , ){1 cos[