[发明专利]一种拉伸试样表面云纹光栅的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种拉伸试样表面云纹光栅的制作方法，尤其是涉及微 米或亚微米云纹光栅的制作方法。

背景技术

固体力学的研究越来越注重材料微观特性同宏观性能的关联，并且 更侧重探讨不同固体材料在变形，损伤与破坏时所产生现象同其内在物 理本质的因果关系，由此细、纳观力学逐渐发展起来。这样，在对材料 力学行为研究的过程中，微纳米级的实验测量技术的发展也相应的成为 一个技术研究热点。

1948年，R.Weller和B.Shepherd首次提出了几何云纹法，参见： Weller R.Shepherd B.[M]，Displacement measurement by mechanical interferometry.Proc SESA，1948，6(1)8-13。这是一种物体全场变形测量技 术。这种方法适用范围广，可在各种不同工作条件下进行应用，在高温、 塑性、大变形、复合材料、弹性模量特别低的材料以及需进行长时限测 试等条件下，云纹法更能显示出其优势。几何云纹法所采用的光栅频率 一般在50线/mm以下，相应的灵敏度在0.02mm以下。随着细微观研究 领域发展，几何云纹法的测量灵敏度已不能满足各方面的要求。80年代 初，D.Post等人将高密度衍射光栅技术引入光测力学中，提出了云纹干 涉法，参见文献：Post D，Han B，Ifju P.High sensitivity moire.New York： Springer-Verlag，1994，85-134；Dai，F.L.，J.Mckelvie，D.Post，An interpretation of moire interferometry from wavefront interference theory，Proc.SPIE，1988， Vol.22，954-957。而戴福隆等人利用波前理论揭示了云纹干涉法原理，从 而完善了云纹光测法。随着制栅技术的不断完善以及显微技术和相移技 术在云纹干涉光路中的应用，云纹干涉技术的灵敏度得到大大提高。参 见：戴福隆，方萃长，刘先龙.现代光测力学[M]，北京，科学出版社，1990 291-294，404-412；Bowles D、E，Post D，Moire interferometry for thermal expansion of composites，Experimental Mechanics，Vol.18，1981，441-447。 由于云纹干涉技术具有测量的非接触性，高灵敏度和较高的条纹信噪比， 可以实时观测加载后待测物体位移场等优点，使得云纹法在材料科学、 无损检测、断裂力学、微电子封装等许多领域中获得了成功应用。例如， 在断裂测试方面可以利用云纹干涉法来研究硬金属、脆性材料裂纹尖端 的奇异场，塑性区以及测量有关断裂参量。也能利用云纹干涉法测量材 料的某些力学性能，如弹性常量、热膨胀系数等。参见：米红林、方如 华、张修银，云纹干涉法对不同层厚比的口腔金瓷修复体界面力学特性 的研究，医用生物力学，2004，19(3)136-141。

云纹干涉技术中，云纹光栅的频率决定了测量的灵敏度。而高频率 的光栅的制备目前常用的主要是传统的光刻法以及目前发展的电子束刻 蚀技术。就电子束曝光刻蚀而言，制备光栅的基本步骤为：1)样品表面 抛光；2)样品表面涂胶；3)曝光；4)显影、定影和漂洗；5)镀膜；6) 除胶。可以看到，目前的光栅制备工艺复杂，并且成本高昂。这极大的 限制了云纹法的应用。另外，在通过蒸镀或溅射得到的金属光栅与试样 本体的结合强度并不大，当试样产生较大的形变时光栅与基底容易发生 剥离。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种拉伸试样表面云纹 光栅的制作方法：将胶体晶体模板法应用于云纹光栅的制备。该方法充 分利用了胶体晶体模板法制备效率高，成本低的特点，从而极大地降低 了云纹法的制样成本，扩展了云纹法的应用。

本发明具体步骤为：

(1)在基体表面上制备一层二维胶体晶体；

(2)在二维胶体晶体空隙中填充材料，使填充材料与基体表面相接合， 并在二维胶体晶体厚度方向使填充材料层表面不超过胶体颗粒球心；

(3)去除胶体晶体，在基体表面形成由填充材料构成的云纹光栅。

进一步，在所述基体表面上制备二维胶体晶体采用的是气液界面组 装法(LB膜法)或蒸发诱导法或旋涂法或电泳法。