[发明专利]制备适用于高温环境散斑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备适用于高温环境散斑的方法，属于光学测试技术领域。 

背景技术

近年来材料高温力学性能表征已逐渐成为固体力学和材料科学研究的重点领域，尤其是研究航天航空领域高温构件的高温力学性能。由于受到不同材料间的热膨胀系数不匹配、温度梯度等因素影响，这类构件材料通常在高温环境下服役，容易产生热失配应力。当热失配应力达到一定值就可能造成材料破坏，发生涂层脱落、断裂等情况，引发极大的安全事故和经济损失。因此，在高温环境下，实时测试材料的力学性能对于高温构件的选材设计、加工、可靠性评定及寿命预测都具有重要意义。在实验固体力学领域中，材料或结构表面的变形测量一般包括接触式和非接触式两类方法。但是对于在高温环境下的测试，传统接触式方法已难以进行有效精确的变形测量，而非接触式测量方法则更易于实现高温环境下的测量实验。在众多的非接触式变形测量技术中，数字图像相关法具有非接触、小尺度、全场/局部测量的优势，可在高温环境下对材料或结构表面变形进行非接触式测量。随着光学技术和数字化技术的不断发展和更新，数字图像相关技术的测量精度不断得到提升，已被应用在固体力学、流体力学、生物力学、木材力学等诸多领域。 

数字图像相关法基本原理是在被测样品表面制备高质量散斑，保证与散斑结合紧密；然后施加载荷促使样品发生变形，通过观测和分析处理材料表面变形前后的散斑图变化，运用相关算法得到材料表面的位移场和应变场。喷涂在样品表面的散斑图是由具有一定灰度且随机分布的散斑组成。材料的变形会带动表面的斑点变形，通过分析斑点变形规律，就可以得到样品表面变形情况，因此散斑成为了材料或结构变形的信息载体，也是数字图像相关测试技术中非常关键的环节。 

散斑是数字图像相关法中最基本的元素，其大小和形状对试样变形的测量精度有很重要的影响。质量好的散斑图必须具备非重复性，各向同性、高对比度等特点。通常情况下，散斑制作可以是试样或结构表面的自然纹理、投影或是其它的人工散斑，最为常用的方法是人工制作散斑。目前常采用喷漆的方法制作人工散斑，即在试样或结构表面进行人工喷洒油漆而制得。然而，普通的油漆不能耐高温，在测试温度达到200℃后就会发生氧化，开始变色和变脆，甚至剥落和脱层。即使是使用耐高温漆，当温度达到750℃以上，高温漆也会被氧化并脱落。而对于喷洒高温胶制作散斑，是通过耐高温无机胶把耐高温颗粒粘附在试样表面，当试样的热膨胀系数和高温无机胶接近时，这种方法适用于高温下的热变形测量，但当试样的热膨胀系数和高温无机胶的热膨胀系数差异较大时，测量得到的热变形受到胶层变形的影响，而掩盖了试样本身的热变形，尤其是对于热障涂层界面这种各层材料属性差别较大的热变形，这种方法就不能很好的适用。 

谢惠民等人发展了一种制作高温微米尺度散斑的方法（中国专利公告号CN101240996B），这种方法对散斑的质量可控，但是制作过程复杂，包括镀膜、甩胶、曝光、显影、定影等步骤，而且显影、定影时间难以控制不适合推广，成本也比较高。谢惠民等人发展了一种高温散斑的制作方法（中国专利申请公告号CN102445158B），该方法通过对模拟散斑进行优化，寻求最佳的散斑制作工艺参数，然后制作不同放大倍数对应下的散斑，通过打印设备将散斑图打印到聚氯乙烯片，依此为掩模板，然后通过光刻刻蚀的方法在高温材料试样表面形成散斑。这种方法主要针对微小试样微小区域制作散斑，且制作过程繁多，成本较高，不易得到推广。冯雪等人公布了一种高温散斑制作方法（中国专利申请公告号CN101850426A），通过硝酸银粉末、氨水、葡萄糖粉末、纯净水按比例配制成溶液，在被测表面生产银质散斑，但最高温度只能达到900℃左右，随着测试温度的进一步提高，则必须发展新的散斑制作工艺。潘兵等人提出了一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法(申请号：201010205568.9)，该方法主要利用不低于1200℃的高温无机胶的液体组分用酒精按体积比为7:3比例，在容器里稀释并搅拌均匀；再将氧化钴粉末按10%的重量比加入稀释后的高温无机胶的液体组分，再用毛刷或滴管随机点涂、喷溅在经清洗干燥后的试件表面，在室温环境中放置至少24小时，待试样表面干燥固化后，完成高温散斑制作。该散斑耐高温，其质量与高 温无机胶密切相关。刘战伟等人提出了用于界面高温变形测量的微尺度散斑制作方法(申请号：201210146916.9)，选择黑白颜色反差大的两种耐高温粉末；将乙醇溶液分别和两种耐高温粉末按1:0.1～0.15（g/mL）的质量体积比进行混合后放入两个喷雾瓶，喷洒在处理过的样品表面，待乙醇挥发之后，依靠范德华力把散斑颗粒与试件表面粘附。散斑最高温度只能耐1100℃。