[發明專利]一種制作高溫散斑的方法

有效

• 申請號: 201110286850.9
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102445158A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 謝惠民;王懷喜;陳江濤;方鵬;田雨
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G03F7/16;G03F7/20
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種高溫散斑的制作方法，屬于光測力學、工程材料、構件變形和位移測試技術領域。

背景技術

隨著新型高溫材料的開發及航空、動力工業等部門對在役高溫元件的變形實測研究工作的需要，高溫環境下材料和結構的力學性能以及變形狀態和破壞機理日益受到科研人員的重視，在許多航空航天工程領域，高溫力學問題一直是一個廣泛而突出且不可避免的問題。因此發展高溫條件下的變形測量成為實驗力學領域研究人員目前所關注的集中問題。目前高溫測試方法也比較多，傳統的電測方法及高溫引伸計測量方法無法進行全場位移變形場的測量，且都存在溫度過高會引起嚴重的飄移問題。隨著激光技術和現代光學的發展，產生了全息干涉、散斑干涉技術，這些方法在高溫測試領域有了很大發展。高溫云紋干涉法的測量精度高，但高溫光柵制作成本比較高，且激光干涉方法的光路比較復雜，調節過程比較繁瑣。本發明是在一種數字圖像相關光測測量方法基礎上，發展了一種高溫散斑的制作方法。

目前散斑制作方法多為人工噴漆制斑方法，通常采用的常溫自動噴漆，這樣制作的散斑在測試溫度達到200℃后會發生氧化，影響測試結果的準確性。大多數散斑制作者不能定量散斑顆粒大小和密度，研究表明，散斑顆粒大小和密度對測試精度存在一定的影響。除此之外，散斑的質量與操作者的技術嫻熟程度密切相關，對于初學者很難得到均勻分布的質量較高的散斑圖。在制作散斑方面，中國專利文獻(申請號：200810101918.X)公開了一種制作高溫微米尺度散斑的方法，該方法利用軟件模擬一幅散斑圖，并將散斑圖轉化為二值圖，在鍍有耐高溫薄膜的試件表面上均勻涂布一層光刻膠，根據得到的二值圖對試件表面進行電子束曝光，經過顯影、定影后清晰的溝槽結構，在具有溝槽結構的光刻膠表面再鍍一層耐高溫薄膜，腐蝕掉剩余的光刻膠，最終在試件表面得到高溫散斑，這種方法可以調節散斑的尺寸及密度。這種方法針對微尺度試件，對于宏觀試件這種方法成本過高。

發明內容

本發明的目的是根據平均灰度梯度平方和原理制作實際測試區域大小對應的散斑圖模板，依此為掩模板，對試件基底材料拋光、清洗、烘干后，在試件材料表面沉積一層在高溫下抗氧化的金屬膜，表面涂有光刻膠，將掩模板放到試件表面進行光刻曝光，再通過等離子刻蝕方法表面形成散斑。該方法操作簡單、散斑場可量化，容易實現，適用于高溫環境下基底材料采用耐高溫的金屬合金或非金屬材料的變形行為的研究。

本發明的技術方案如下：

一種制作高溫散斑的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)利用計算機軟件生成多幅顆粒大小和數目各不相同的模擬散斑圖，根據圖像平均灰度梯度平方和選擇出最佳模擬圖，將該散斑圖轉化為二值圖；根據實際測試區域的大小確定不同散斑大小和密度的相應的散斑圖模板；

2)利用有機玻璃打印機將對應實際測試區域的散斑二值圖打印在聚氯乙烯片上，打印出的散斑圖像作為掩模板；

3)將試件切割成所需形狀，并進行清洗，確定測試區域，根據測試區域的大小確定對應的掩模板；

4)利用真空鍍膜裝置在試件表面蒸鍍一層金屬膜，利用勻膠機在金屬膜表面均勻涂一層光刻膠；

5)將涂有光刻膠的試件豎直放在真空汞燈曝光系統的載物臺上，使鍍膜的表面朝向汞燈發射的一側，將選定好的掩模板緊貼放到試件表面，不斷重復光照強度、曝光時間及顯影時間，直至在光刻膠表面得到清晰的掩模板散斑分布結構；

6)將表面含有掩模板散斑分布結構的試件放入電感耦合等離子體刻蝕機中進行等離子刻蝕，在金屬膜上形成散斑；

7)腐蝕掉剩余的光刻膠，最終在試件表面得到高溫散斑。

所述的金屬膜采用金膜或鉻膜，膜厚度為0.1微米。光刻膠旋涂的厚度在0.1～2.0微米范圍，曝光時間10～20s。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：散斑的顆粒大小和密度可以控制得到最佳工藝參數下的散斑模板，掩膜板制作比較簡單，可以根據測試區域的大小方便地選擇相應的掩膜板，散斑最后刻蝕在高溫材料基體內，在高溫測試中不會使散斑脫落，提高測量精度。制作成本低，工藝相對簡單，特別是對于宏觀試件這種方法更為適用。

附圖說明

圖1為本發明的操作工藝流程圖。

圖2為一幅模擬散斑二值化處理圖。

圖3為圖2反向二值化的散斑圖。

具體實施方式

現結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。