郭智磊

摘 要 紅外無損檢測技術(shù)主要是利用傳熱學(xué)的有關(guān)原理，對目標(biāo)材料的缺陷進行精確檢測。本文首先運用傳熱學(xué)理念分析了紅外無損檢測技術(shù)的實際運算案例，然后對運算案例做出了進一步具體解析，最后探索了紅外無損檢測技術(shù)的傳熱學(xué)實驗和相關(guān)結(jié)果。

關(guān)鍵詞 紅外；無損檢測；技術(shù)；傳熱學(xué)；探索

中圖分類號 TN21 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）162-0179-02

在進行紅外無損檢測時，若是對檢測目標(biāo)灌入恒定熱流，則假設(shè)樣品內(nèi)部有著一定缺陷，由于缺陷部分和無缺陷部分的熱擴散系數(shù)存在差異，所以樣品表層對應(yīng)的位置也會產(chǎn)生溫差。根據(jù)樣品表層溫度的變化情況，就可以知道樣品內(nèi)部缺陷的大小、形狀、性質(zhì)與深度。通常使用的檢測設(shè)備包括紅外熱像儀與熱敏涂料等。

1 有關(guān)傳熱學(xué)的分析與實際運算案例

對于一塊具有缺陷的平板材料，如果缺陷橫截面過大，導(dǎo)致其面積超過了整個平板的厚度，這時可以忽略掉熱流的橫向分散，僅僅結(jié)合厚度方面的熱流傳輸，就可以把該問題簡化成一個維熱傳導(dǎo)模型，從而將有缺陷的部分與沒有缺陷的部分區(qū)分開來，對這二者的實際溫度進行獨立求解。

在紅外無損的有關(guān)檢測過程中，最為關(guān)鍵的就是表層溫度T1s（t）與T2s（t）以及表層溫差△T（t）的實際數(shù)值。只有確定好這些數(shù)據(jù)以后，才能夠挑選出適當(dāng)?shù)臋z測儀器、檢測設(shè)施，并且確保這些設(shè)施的靈敏度和精確度。若是將具有脫粘區(qū)的鍵合硅片作為例子，按照數(shù)值法進行運算，就可以繪制出幾組關(guān)于樣品的運算曲線圖。

2 運算案例的具體分析

例如，有一塊厚度為ι的鍵合硅片，且ι=480μm，在表層之下ι1=240μm的地方，有一處深度檢測數(shù)據(jù)為d=0.4μm的缺陷（即脫粘）。把這一樣品放在溫度為20℃的環(huán)境下，在其底面用60℃的恒定熱流加熱，這時便可以運用數(shù)值法，算出該樣品表層有缺陷部分及無缺陷部分中的溫度差值，具體以T1s（t）與T2s（t）表示，進而計算出這兩個部分的溫度差△Ts（t）。

在運用數(shù)值法計算樣品時，可以參照熱物理的相應(yīng)數(shù)據(jù)，具體可見表1所示。在運算過程中，采用的二氧化硅熱轉(zhuǎn)換系數(shù)h=0.005w/cm2，可以算出表層溫度差和加熱時長之間的聯(lián)系、表層溫度差和脫粘區(qū)距離上層深度之間的聯(lián)系、表層溫差和脫粘厚度之間的聯(lián)系以及鍵合硅片缺陷顯示度和延遲時長t之間的聯(lián)系。

可以得知，硅片的熱擴散系數(shù)偏高，并且樣品偏薄，因而溫度分布達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間很短。在溫度穩(wěn)定的時期內(nèi)，△T的值較小，所以缺陷顯示度也會隨之減小。在這樣的條件之下，如果選用穩(wěn)定法進行測量，就無法獲得較為精確的顯示度。若要想檢測出高度準(zhǔn)確的缺陷顯示度，就要采用擬彩法與瞬態(tài)法，并在灌入熱流的同時對樣品展開測量。

隨著缺陷在材料中的深度越來越高，材料表層的溫度差會隨之越來越小。出現(xiàn)這樣的情況是因為缺陷上部的材料把熱量散布開來，從而導(dǎo)致表層溫度逐步下降。脫粘的厚度越大，其表層溫度差也就越大，這時候進行測量會更容易獲得精確數(shù)值。

一般來說，可以將缺陷顯示度視為測量缺陷的主要標(biāo)準(zhǔn)，其公式如下：

A=△Ts/T，

其中，△Ts代表的是有缺陷部分和無缺陷部分的表層溫度差值，T代表的是缺陷部分核心位置的表層溫度。從運算過程與結(jié)果可以看出，該案例中，缺陷顯示度和延遲時長之間的聯(lián)系表現(xiàn)出缺陷顯示度會隨著延遲時長的變化而變化，因此，可以將顯示度A所對應(yīng)的時間視為最佳延遲時間，而這也屬于觀察實驗現(xiàn)象的最佳時間。

3 紅外無損檢測技術(shù)的傳熱學(xué)實驗和結(jié)果分析

運用AGA780紅外熱像儀，針對鍵合硅片內(nèi)部的脫粘部分展開實驗觀察，把經(jīng)過直接鍵合的硅片緊緊粘貼到加熱器的等溫層上，再依據(jù)上述運算方法和結(jié)果，利用瞬態(tài)法對其進行檢測。檢測過程中，要一邊灌入熱流，一邊測量數(shù)值，同時調(diào)整熱像儀掃描器和樣品之間的距離，保證樣品可以在熱像儀屏幕上形成清楚的影像。此后，鍵合硅片會在屏幕上呈現(xiàn)出紅外熱像圖，通過仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)圖上有一處發(fā)亮的位置，而該位置就是鍵合完成的部分。周圍較暗的位置就是缺陷部分，由于尚未鍵合完成的缺陷部分比鍵合完成的部分擁有更高的熱阻，所以對樣品反面進行加熱時，缺陷部分樣品表層要比鍵合完成部分的表層溫度更低，對應(yīng)的熱圖像亮度也會更暗。

在進行測量時，可以利用掌控加熱時長調(diào)節(jié)熱流灌入樣品的深度。硅片厚度總體偏薄，所以，加熱溫度不能過高，加熱時間也不能太長，只要在熱像儀屏幕上顯示出了清楚的影像，就可以停止加熱。在測量時，要保證樣品表層的清潔，加熱器和樣品之間也應(yīng)當(dāng)有良性的接觸。

4 結(jié)論

根據(jù)理論上的相關(guān)運算與實踐測試可以看出，在進行實際測量時，最佳缺陷顯示度的時間比理論運算得出的時間更長。這是由于在實行一維運算的時候忽視了橫向熱擴散，也沒有關(guān)注到輻射熱阻與接觸熱阻，所以運算結(jié)果產(chǎn)生了一定偏差。若是以理論運算法得出的最佳加熱時間較短，則可以選用瞬時法；如果得出的時間較長，則可以選用穩(wěn)態(tài)法。

參考文獻

[1]陳玨.紅外無損檢測技術(shù)的傳熱學(xué)分析[J].紅外與毫米波學(xué)報，2011（4）：285-288.

[2]陳林，范春利，王為清.紅外無損檢測的數(shù)值模擬及其對比性研究[J].紅外與激光工程，2013（9）：2330-2335.