قياس مقياس التمدد على سبيكة Invar® الرقيقة

مقدمة

سبيكة Invar®، والمعروفة أيضًا باسم Invar® أو بشكل عام باسم FeNi36، هي سبيكة من الحديد والنيكل بمحتوى نيكل بنسبة 35.4% ومعامل تمدد حراري منخفض للغاية في درجة حرارة الغرفة (بين -20 درجة مئوية و20 درجة مئوية، بمتوسط قيمة يبلغ حوالي 1.^6-10-6/ك). وهي مادة هيكلية لا غنى عنها للأدوات والأجهزة الدقيقة.

ونظرًا للخصائص الممتازة لسبائك Invar®، فإنها تُستخدم في مجالات مختلفة، مثل المقاييس والتلسكوبات large وأجزاء مسدس أنبوب الأشعة والأسلاك الأساسية للكابلات بعيدة المدى ومواد ختم الزجاج وألواح سبائك Invar® الرقيقة للغاية وأجهزة الترموستات وأنظمة القياس البصرية وموجهات الموجات وخزانات سفن الغاز الطبيعي المسال ومكونات سفن الغاز الطبيعي المسال وأبراج المضخات وإلكترونيات الطاقة وأجزاء الفضاء ومكونات السفن وما إلى ذلك.

إن أهم ما يميز Invar® هو معامل التمدد المنخفض. To accommodate various application environments, Invar® is fabricated into different shapes. في حين أن اختبار العينات الأسطوانية العادية أمر سهل ومباشر، فإن اختبار عينات الأغشية يمثل تحديات فريدة من نوعها.

كيف يمكننا اختبار عينات الأفلام هذه بفعالية؟

In this application note, we present one of our dilatometers that enables the determination of very small thermal expansion coefficients and also explain how measurements are carried out on Invar® films.

خلفية سبيكة إنفار® الرقيقة الرقيقة

في عملية إنتاج وتصنيع الشاشات، تُعد عملية التبخير بالتفريغ هي الحلقة الأساسية التي تميز شاشات OLED عن شاشات LCD. تعتبر لوحة القناع المعدني من المواد الاستهلاكية الأساسية في عملية تبخير شاشات OLED. ونظرًا لطبيعة عملية إنتاج شاشات OLED، تتعرض الأقنعة المعدنية للتلف والتلف بشكل كبير، مما يستلزم استبدالها بانتظام. ويُعد هذا الاستبدال عاملاً رئيسيًا في التكاليف الإجمالية لإنتاج شاشات OLED.

في الوقت الحاضر، يتكون القناع المعدني المستخدم في منتجات OLED بشكل أساسي من جزأين - لوحة قناع مفتوح (قناع معدني خشن، CMM) ولوحة قناع معدني دقيق (قناع معدني دقيق، FMM). تُستخدم CMM في المقام الأول لتبخير المواد المعدنية، في حين تُستخدم FMM، وهي قناع معدني عالي الدقة، بشكل أساسي لتبخير المواد العضوية الباعثة للضوء. ويقدر المطلعون على الصناعة أن الطلب السنوي على CMM وFMM في الصين وحدها يتجاوز مليار يورو.

تُصنع أقنعة CMMs من مادة Invar®36 بسماكة تتراوح بين 40 ميكرومتر إلى 200 ميكرومتر وتستخدم بشكل أساسي لترسيب بخار المواد النفاذة والموصلة في غرف ترسيب البخار.

مصنوعة من مادة Invar®36 بسُمك يتراوح بين 20 ميكرومتر إلى 30 ميكرومتر وتستخدم بشكل رئيسي لترسيب بخار مواد OLED في غرف ترسيب البخار.

معدات قياس التمدد الحراري

تم إجراء القياس باستخدام جهاز DIL 402 ExpedisSupreme . جُهز جهاز التخفيف بفرن فولاذي وجهاز قياس عينات _SiO2؛ كما هو موضح في الشكل 1.

DIL 402 Expedis Supreme جهاز التحليل الحراري DIL 402 مزود بشاشة عرض رقمية، يتميز بمكونات أسطوانية مزدوجة لاختبار دقيق. — 1) DIL 402 `ExpedisSupreme`

مبدأ القياس

تخضع العينة لإجراء درجة حرارة محددة، يتم خلالها تطبيق حمل ثابت. ثم يتم قياس بُعد العينة في اتجاه الاختبار بالنسبة لدرجة الحرارة أو الوقت.

شروط القياس وتحضير العينة

سُخِّنت العينة من درجة حرارة RT إلى 300 درجة مئوية بمعدل تسخين 5 كلفن/دقيقة في جو من الأرجون. للقياس، وُضعت العينة في قضيب مشقوق مصنوع من _Al2O3.

كانت العينة عبارة عن صفيحة رقيقة من Invar® 36 بسُمك 25 ميكرومتر. كان طول العينة المستخدمة في القياس 24.6 مم وعرضها 6 مم. أدوات تحضير العينة معروضة في الشكل 2.

تشمل أدوات تحضير العينات المقصات وحوامل العينات والقضبان المشقوقة لعمليات اختبار تحليلية فعالة. — 2) أدوات تحضير العينات، المستخدمة في هذا الاختبار

نتائج القياس

The thermal expansion of the Invar® sample is displayed in figure 3. وبالإضافة إلى ذلك، تم حساب قيم متوسط معامل التمدد الحراري (mCTE) لنطاقات درجات الحرارة من 25 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، ومن 25 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، ومن 25 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية. في نطاق درجة الحرارة حتى 200 درجة مئوية، تُظهر العينة قيم معامل التمدد الحراري المتوسط المنخفضة المتوقعة ل Invar.® عند درجات الحرارة الأعلى، يزداد معامل التمدد الحراري المتوسط مع انخفاض السلوك الشاذ ل Invar.

Graph displaying the thermal expansion of Invar® film from room temperature to 300°C, illustrating varying coefficients of thermal expansion (CTE). — 3) Thermal expansion of an Invar® film from RT to 300°C

الملخص

تم قياس التمدد الحراري لعينة غشاء Invar® باستخدام DIL 402 ExpedisSupreme . كدعامة للعينة الرقيقة، تم استخدام قضيب مشقوق مصنوع من _Al2O3. The results demonstrate the low coefficient of thermal expansion that makes Invar® unique. وبالإضافة إلى ذلك، فإنها تسلط الضوء على الحساسية العالية لجهاز DIL 402 ExpedisSupreme ، والذي يتيح القياس الدقيق لمثل هذه المواد منخفضة التمدد.