[发明专利]一种光学玻璃磨粒加工亚表面裂纹损伤分布特征检测方法

摘要

本发明公开了一种光学玻璃磨粒加工亚表面裂纹损伤分布特征检测方法，采用表层抛光技术，可以更快速有效的去除试样磨粒加工后的表面材料，使隐藏在亚表面下较大深度的裂纹充分暴露出来，便于对大面积裂纹形貌的观察以及分布特征的检测，提高了检测效率；采用氢氟酸化学蚀刻技术，根据腐蚀深度与裂纹扩展后的宽度之间的关系，判断裂纹特定方向上是否成等速腐蚀，可反推出化学蚀刻前裂纹沿着垂直于试样亚表面向下的真实深度，进而可以准确的得到试样总亚表面裂纹深度。本发明通过结合表层抛光技术和化学蚀刻技术，实现了光学玻璃磨粒加工后亚表面大面积较深裂纹分布特征的快速、高效、准确检测。

主权项

1.一种光学玻璃磨粒加工亚表面裂纹损伤分布特征检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，准备光学玻璃磨粒加工试样(1)，对试样(1)进行预处理，采用粘接剂(2)将试样(1)固定夹持在夹具(3)上，测量试样(1)与夹具(3)总厚度h₀；步骤二，将试样(1)放置在研抛机抛光盘上，选取抛光垫(5)及抛光试剂(6)对试样(1)表面进行抛光加工；步骤三，每隔一段时间后停止加工，将试样(1)从研抛机中取出，并用测量仪器对其厚度进行测量，记录试样(1)与夹具(3)总厚度h_i，i＝1、2、……，每次抛光去除深度为Δh＝h_i‑1‑h_i，总抛光去除深度Δh_总＝h₀‑h_i；若总去除深度达到指定要求，停止抛光，转步骤四；若总去除深度未达到指定要求，转步骤二；步骤四，将抛光后的试样(1)从夹具(3)上下盘，进行清洗处理，然后烘干；并采用半掩膜法将试样(1)表面部分区域进行涂膜遮盖，待掩膜凝固成形后，完成化学蚀刻前试样(1)的准备工作；步骤五，按照比例配制氢氟酸化学蚀刻液(11)，放置于防腐蚀容器(9)中，然后将前期处理好的试样(1)缓慢放入盛有氢氟酸化学蚀刻液(11)的容器(9)中，并对容器(9)进行密封；试样(1)表层抛光后的裂纹形貌呈闭合状，在腐蚀液的作用下裂纹的侧壁向两侧进行扩展，底部向下方进行扩展，当形成类似沟壑的形状时，即亚表面裂纹得到充分扩展；然后将试样(1)取出，进行充分清洗并去除表面掩膜，烘干试样(1)，即完成化学蚀刻工序；氢氟酸化学蚀刻液(11)由重量比为5％‑49％的HF和15％‑40％的NH₄F组成，HF:NH₄F为1:3‑1:20；步骤六，采用微观三维形貌检测仪器，对腐蚀后试样(1)表面形貌进行大范围观察，得到在腐蚀作用下充分扩展的裂纹分布特征；步骤七，根据表面三维形貌对半掩膜法遮盖的试样(1)原始表面与腐蚀面之间的台阶高度差进行测量，得到试样(1)化学蚀刻深度a；并选取充分扩展的单独裂纹，测量其宽度b和深度为c，并假设裂纹尖端处扩展深度为d；步骤八，根据单独裂纹的侧壁与底部蚀刻速率的关系，判断裂纹特定方向上的扩展是否呈等速腐蚀；具体判断方法如下：对试样(1)蚀刻结束后的蚀刻深度a与裂纹腐蚀后的宽度b进行测量；若a＝b/2，证明裂纹是发生各向同性的扩展，此时腐蚀前试样(1)亚表面裂纹真实深度s＝c；若a≠b/2，证明裂纹侧壁与底部呈现出不等速腐蚀趋势，此时腐蚀前亚表面裂纹真实深度为s＝a+c–d，c＜s＜a+c；进一步得出试样(1)总的亚表面裂纹深度H＝Δh_总+s；同时，根据上述关系得到的腐蚀前裂纹真实深度以及腐蚀后裂纹充分扩展的形貌，对裂纹进行反演，得到腐蚀前裂纹原始形貌及分布特征。