[发明专利]一种基于金相镶嵌的亚表面损伤检测方法

说明书

本发明公开了一种基于金相镶嵌的亚表面损伤检测方法，包括以下步骤：获取镶嵌样品：将带沟槽的样品设置于倾角为θ的斜面，并将斜面的底部设置于金相镶嵌机中，以对样品进行热镶嵌；获取抛光样品：对样品依次进行粗研磨、细研磨以及抛光处理；获取待测样品：清洗样品的表面杂质，并将清洗后的样品放入浓磷酸中腐蚀；对腐蚀后的样品进行多次超声清洗；待测样品测试：选用超景深显微镜测量样品的裂纹区域宽度L，并根据裂纹区域宽度L和倾角θ获取样品的亚表面损伤深度值。本发明的目的在于提供一种基于金相镶嵌的亚表面损伤检测方法，利用金相镶嵌的方法解决角度抛光法检测亚表面损伤时，样品锋利边缘刮伤砂纸以及陪片制作复杂的问题。

技术领域

本发明涉及硬脆材料精密、超精密加工亚表面损伤检测领域，具体涉及一种基于金相镶嵌的亚表面损伤检测方法。

背景技术

YAG晶体凭借着优良的光学、力学、热稳定性能广泛应用于航空航天、固体激光器等领域。为达到更优的能量密度、输出效率等性能指标，不仅需要优化的结构设计方法，还需要具备极高的光学元件制造质量。通常硬脆光学晶体经切割、磨削、抛光后制成光学元件，由于其高硬度、高脆性、低韧性等特征，加工过程极易出现不同程度的亚表面损伤。亚表面损伤会降低材料强度、影响激光损伤阈值，从而影响光学元器件的使用寿命、激光束的质量、能量传输效率等指标。因此，控制硬脆光学晶体元件亚表面损伤层是提升该类材料加工的重要指标，而亚表面损伤层的确定性检测是实现该类材料高精度加工尤其是亚表面损伤控制的重要前提。

角度抛光法由于操作方便、检测精度较高，广泛应用于硬脆材料亚表面损伤检测，其原理为将深度方向的损伤层通过微小角度放大至斜面上。但常见角度抛光法由于软质抛光垫与工件磨削面的接触导致磨削面与抛光面界限模糊，造成损伤检测起点不明确，许多学者会在磨削表面粘接一层陪片，但陪片不仅粘接麻烦还需适应磨削工况，如利用各种形状的金刚石磨头进行端面铣削形成的沟槽，检测沟槽损伤层深度需要粘接与沟槽形状一致的玻璃陪片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金相镶嵌的亚表面损伤检测方法，利用金相镶嵌的方法解决常规角度抛光法检测亚表面损伤时，样品锋利边缘刮伤砂纸以及陪片制作复杂、粘接麻烦的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于金相镶嵌的亚表面损伤检测方法，包括以下步骤：

S1：获取镶嵌样品：

将带沟槽的样品固定设置于倾角为θ的斜面上，并将所述斜面的底部设置于金相镶嵌机中，以对所述样品进行热镶嵌；

S2：获取抛光样品：

对所述镶嵌样品的顶面进行粗研磨，直至所述镶嵌样品的被研磨区域与所述沟槽表面的分界线位于所述沟槽中部；

对所述镶嵌样品的被研磨区域依次进行精研磨和抛光处理，直至所述镶嵌样品的被研磨区域表面无划痕；

S3：获取待测样品：

从所述镶嵌样品表面的镶嵌体中取出所述样品；

清洗所述样品的表面杂质，并将清洗后的所述样品放入浓磷酸中腐蚀；

对腐蚀后的所述样品进行多次超声清洗；

S4：待测样品测试：

选用超景深显微镜测量所述样品的裂纹区域宽度L，并根据所述裂纹区域宽度L和所述倾角θ获取所述样品的亚表面损伤深度值。

优选地，所述样品通过石蜡粘接于所述斜面上。

优选地，所述倾角θ的正切值为

优选地，所述样品和所述斜面的粘接面重合，且所述样品和所述斜面的最大长度小于20mm。

优选地，所述浓磷酸的温度为220℃。