[发明专利]一种高温散斑及其可调控制备方法

说明书

本发明公开了一种高温散斑及其可调控制备方法。本发明采用以硅酸钠溶液为基体，在加入二氧化硅粉末和辅助添加剂粉末，形成混合液，具有固化时间短、固化温度低、耐高温性能好、无毒环保等特点，硅酸钠自身具有较强的耐高温性能和高温吸附性能，适合用于高温散斑制作；制备具有散斑图样的散斑模版，从而调控散斑尺寸和散斑分布；散斑模版可重复多次使用，进一步提高制备效率；经过加热搅拌、抽真空以及梯次升温处理后，能够有效降低散斑鼓泡现象的产生；本发明的材料均为常规试剂，正常使用情况下无毒，便于工程实际应用和大规模制作；散斑能够满足高温复杂环境(热冲击、拉压变形)下非接触测量要求。

技术领域

本发明涉及工程材料与光测力学技术，具体涉及一种高温散斑及其可调控制备方法。

背景技术

当前，包括航空航天、核能、地球物理等领域的许多结构在工况下都面临高温复杂环境的考验。以航空器中关键部件航空发动机为例，其涡轮叶片受高温燃气冲刷以及热循环冲击，结构在高温环境下的变形行为考核对于保证发动机整体性能至关重要。目前，高温环境下变形测量方法按测量形式可分为接触式和非接触式两类。较之于接触式变形测量方法对测量元器件耐高温性能及高温稳定性要求高、传感器成本较高、线路布置困难等问题，非接触式具有操作简单、全场、非接触的优点，通过技术和设备优化，在高温或超高温环境下仍能提供可行的变形测量手段。

在非接触式高温变形测量方法中，基于数字图像处理的变形测量技术得到愈来愈广的应用。一般来说，基于数字图像处理的变形测量方法需要在被测试件表面制备高温散斑，通过相机等设备记录变形前后试件散斑图像的变化，借助于一系列算法获得全场变形信息。因此，高温散斑材料本身的耐高温特性及其制备工艺将是影响其能否向工程推广的决定性因素。硅酸钠是一种常见的工业材料，具有耐热性能好、制作工艺简单、材料来源广泛等优势，辅之以如二氧化硅等常见材料，可作为制备高温散斑的理想材料选择。

此外，散斑尺寸、分布等是影响非接触式测量精度的重要因素。常规的利用喷涂、溅射等工艺，在实际散斑制备过程中不易控制散斑尺寸和分布，难以通过可控手段对散斑尺寸和分布进行优化、改进，一定意义上影响了散斑测量精度。

中国专利CN 102445158A公开了一种利用光刻方法进行散斑制备的方法，该方法通过对模拟散斑进行优化，寻求最佳散斑制备参数，然后通过打印设备将散斑图打印至聚氯乙烯片，以此为掩膜版，通过光刻方法在材料试样表面形成散斑，但制作过程复杂，成本较高，不适于工程大规模推广；中国专利CN 105758683A公开了一种粘附性强的高温散斑制备方法，通过将硅溶胶(水、乙醇)、耐高温氧化物和助熔剂混合以制作散斑，解决了散斑与基底材料粘附性差、散斑容易从基体表面脱落的技术问题，但该方法制备散斑过程中所需烧结温度过高，对试件、制备条件提出了很高要求；中国专利CN 101905210A公开了一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法。该方法主要包括如下步骤：S1、将被测试件材料加工成所需尺寸，然后对其表面先用丙酮清洗，后用棉球拭干和干燥处理；S2、选取适用高温环境不低于1200℃的高温无机胶的液体组分用酒精按体积比7:3为比例，在器皿或容器里稀释并搅拌均匀；S3、将氧化钻粉末按10％的重量比加入稀释后的高温无机胶的液体组分；S4、将加入氧化钻粉末的溶液用毛刷或滴管随机点涂、喷溅或溅撒在经清洗干燥后的试件表面；S5、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。上述发明利用市售高温无机胶及氧化钴粉末制作高温散斑，散斑本身对试样表面无增强作用，且在1200℃下散斑形态无显著变化，操作较为简单，成本较低。但是，上述发明中散斑的耐高温性能依赖于高温无机胶，并且氧化钴在空气及高温环境下性质不够稳定，容易发生反应改变颜色，造成散斑精度降低或失效；同时，氧化钴本身的毒性也降低了大规模使用的可能性；此外，上述专利所要求的固化时间太长，达到了24h，制备效率较低。

发明内容