[發明專利]一種基于SEM原位成像系統的應變測量方法

有效

• 申請號: 201810423998.4
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108548834B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 王曉鋼;姜潮;劉承歡;陳泓錦
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22
• 代理公司: 長沙惟盛赟鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 43228
• 代理人: 姚亮梅

一種基于SEM原位成像系統的應變測量方法包括如下步驟：利用計算機軟件生成一系列隨機分布的點，模擬散斑圖；對試樣進行機加工，將切割后的試樣砂紙打磨，拋光，清洗；進行散斑制備：基于生成的模擬散斑圖采用光刻技術在試樣表面制備微納散斑；利用SEM原位成像系統找出散斑區域，拍攝試樣未變形時的圖像；在試驗機中對試樣進行拉伸試驗；利用SEM原位成像系統找出散斑區域，拍攝試樣變形后的圖像；結合計算機軟件將試樣變形前后的圖像進行數字圖像相關分析，得出試樣拍攝區域的應變場。該方法精度高、便于操作，可實現非接觸測量、全場測量，尺度精確到納米級別。

技術領域

本發明涉及一種微納尺度的DIC (Digital Image Correlation)應變測量方法，屬于應變測量領域。

背景技術

材料科技是未來高科技的重要組成部分，隨著科技的進步和人們對物質認識的不斷深入，宏觀層面的物體觀測已經不能滿足人們對物質的認識需要，微觀形態下的材料變形測量越來越多地受到人們的重視。而微觀尺度下的材料分析方法是材料科學中重要的實驗手段之一，因此，微觀尺度下的材料分析方法對人們關于物質的認知有著重要的意義和作用。

傳統的應變測量方法如電測法，用電阻應變片測定材料表面的線應變，再根據應力應變關系確定材料表面應力狀態；另一種較為常用的傳統應變測量方法——機械測試法，則是依靠在試樣上夾持引伸計來測量試樣的平均應變。上述兩種傳統應變測量方法比較局限，都需要測試工具與試樣直接接觸，這就可能會對試樣和實驗的結果產生一定的影響，而且這兩種方法只能揭示材料宏觀變形行為，無法滿足在微觀尺度下材料變形分析的需求。目前微觀尺度下研究材料變形行為的實驗手段并不完善，近年來應用較多的應變測量方法是數字圖像相關法，通過非接觸的方式獲取并存儲材料的數字圖像，然后通過物體表面標記點位置的變化結合計算機軟件進行圖像分析來獲得材料形狀、變形和運動的測量方法。傳統的數字圖像相關方法基于光學成像系統，采用可見光，其成像特點是精度較高、可實現非接觸測量、全場測量。但此種方法多在宏觀尺度上應用，僅為毫米級別，微觀尺度上的應用還有待完善。

現有的測量材料微觀尺度下變形的方法較少，因此需要一種應變測量技術能夠分析材料微觀變形，要求其精度高、便于操作，可實現非接觸測量、全場測量，尺度精確到納米級別，以保證對材料微觀應變的測量，進而分析材料在微觀結構尺度上的變形行為與規律。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微觀尺度下的材料變形測量方法，利用光刻技術制備的微納散斑作為材料變形的標記點，基于SEM (Scanning Electron Microscope)原位成像系統，結合數字圖像相關技術，通過計算機軟件進行圖像分析得出材料變形后的應變場，以實現材料微觀變形的測量。該方法的分析精度可達到納米級別，可廣泛應用于材料的變形測量，具有非接觸性測量、觀測尺度小、結果可靠、實時觀測的優點。該技術適用于靜力試驗、疲勞試驗等場合。

一種基于SEM原位成像系統的應變測量方法包括如下步驟：

步驟(1)利用計算機軟件生成一系列隨機分布的點，模擬散斑圖；

步驟(2)對試樣進行機加工，達到所需的幾何尺寸，將切割后的試樣砂紙打磨，拋光，清洗；

步驟(3)進行散斑制備：基于生成的模擬散斑圖采用光刻技術在試樣表面制備微納散斑；

步驟(4)利用SEM原位成像系統找出散斑區域，調整放大倍數和對比度直到觀察到清晰的圖像為止，拍攝試樣未變形時的圖像；

步驟(5)在試驗機中對試樣進行拉伸試驗；

步驟(6)利用SEM原位成像系統找出散斑區域，調整放大倍數和對比度直到觀察到清晰的圖像為止，拍攝試樣變形后的圖像；

步驟(7)結合計算機軟件將試樣變形前后的圖像進行數字圖像相關分析，得出試樣拍攝區域的應變場。