测量精磨玻璃表面破坏层深度的侧面观测法

本文主要介绍用侧面观测法测量精磨玻璃表面破坏层深度的试件制做、测试仪器；对精磨裂纹也做了一定的分析。     

光学元件亚表面缺陷的损伤性检测方法

在磨削、研磨和抛光加工过程中产生的微裂纹、划痕、残余应力等亚表面缺陷会导致熔石英元件抗激光损伤能力下降,如何快速、准确地检测亚表面损伤成为光学领域亟待解决的关键问题。采用HF酸蚀刻法、角度抛光法和磁流变斜面抛光法对熔石英元件在研磨加工中产生的亚表面缺陷形貌特征及损伤深度进行了检测和对比分析,结果表明,不同检测方法得到的亚表层损伤深度的检测结果存在一定差异,HF酸蚀刻法检测得到的亚表面损伤深度要比角度抛光法和磁流变斜面抛光法检测结果大一些。且采用的磨粒粒径越大,试件表面及亚表面的脆性断裂现象越严重,亚表面缺陷层深度越大。     

光学元件亚表层裂纹成核临界条件研究

基于压痕实验和连续刚度测量法得到了熔石英材料硬度和弹性模量随压入深度的变化曲线, 系统分析了材料由延性到脆性转变的过程, 确定了熔石英晶体在静态/准静态印压和动态刻划时产生裂纹的临界载荷和临界深度。渐变载荷刻划实验结果表明, 划痕过程诱发的裂纹对法向载荷有很强的依赖性, 载荷较小时材料去除方式为延性域去除。随着法向载荷的增加, 首先产生垂直于试件表面的中位裂纹和平行于试件表面方向扩展的侧向裂纹, 而在试件表面上并没有产生明显的特征。载荷进一步增加后, 侧向裂纹扩展并形成了明亮区域, 最终诱发了沿垂直于或近似垂直于压头运动方向扩展的径向裂纹, 实现了材料的脆性去除。     

闭合裂纹非共线混频超声检测试验研究

针对结构中微裂纹检测难题,发展了一种闭合裂纹非共线混频超声检测方法。在对非共线混频超声检测机理分析基础上,进行了结构中疲劳裂纹混频非线性超声检测实验。对有无裂纹试件中检测信号进行了滤波和时频分析,结果表明,可根据信号滤波后时域波形中是否存在明显的混频波包或时频分析中是否存在明显的和频分量,实现有无闭合裂纹的判识;通过移动激励探头的位置,控制两列入射声波在试件中的交汇位置,实现试件中不同深度位置的混频非线性检测。并根据测得的混频非线性系数沿试件深度方向上分布,实现了闭合裂纹沿深度方向上长度的测量。研究工作为结构中微裂纹定量评价做了有益探索。      

玻璃质光学元件表面微裂纹的研究

研究了影响玻璃质光学元件表面质量的主要因素,认为表面微裂纹是表面强度改变的主要原因。用机械磨削初成形工艺方法分析研究了表面微裂纹产生的原因;通过裂纹尖端应力集中及Griffith能量平衡理论,分析了裂纹扩展方式;结合表面结构缺陷理论及研磨处理表面微缺陷工艺,阐述了HF腐蚀法对微裂纹的去除机理及效果;最后,综述了通过生产工艺提高玻璃强度的方法,重点讨论了离子交换法,镀膜法和HF腐蚀法等表面处理技术,指出使用HF腐蚀法去除表面微裂纹更适用于玻璃质光学元件的表面加工。     

透明软质薄膜的表面形貌测量

为了实现光刻胶表面形貌的广域、高精度测量,对新一代测量理论及测量方法进行了研究。首先分析了被测物件的特性,根据其柔软、透明的特征提出应用光干涉法和机械探针相结合的方法进行测量,同时阐明了使用此方法进行表面形貌测量的优点,并据此原理搭建了光学多探针表面形貌测量装置,光学测量部分采用白光干涉计,探针部分采用拥有8只球型探头的多点悬臂测量探针。然后应用此装置对标准刻槽试件和半透明光造型薄膜试件进行了测量。测量52 nm的标准刻槽试件时得到了测量误差小于2%,标准偏差小于1 nm的结果,表明本装置可以达到高精度测量表面形貌的目的。通过测量高约400 nm的树脂材料证实了此装置可以克服多重反射的影响测量透明薄膜的表面形貌。     

磨削加工光学元件亚表面损伤探究

对磨削加工的K9材料试件进行亚表面损伤探究,分析磨削加工产生亚表面损伤的原因。分别用亚表面损伤深度预测法、分阶刻蚀法预测和检测元件亚表面损伤深度,并分析切深、工作台进给速度、砂轮转速等参数对亚表面损伤深度的影响。研究表明,分阶刻蚀法直观有效,与亚表面损伤深度预测法的结果一致性较好。在本文实验条件下,自行加工K9试件的亚表面损伤深度随切深增大而加深,随工作台进给速度增大而有所增加,砂轮转速对亚表面损伤深度影响并不明显。     

用电阻法确定裂纹扩展的开裂点

近几年来,为了解决弹塑性体的断裂判据,提出了“COD”方法和J积分方法等。用实验测量其临界值的关键是需要确切地判断裂纹开始扩展的开裂点。 目前已发展了多种方法(如声发射、电位法、柔度法和金相法)以确定开裂点。我们研究了一种比较能确切判断开裂点的电阻法。     

基于光弹性贴片法的材料表面应变场测量研究

针对常用电阻应变片法的点测结果不易反映构件表面应变场分布的问题,将光弹性贴片方法应用于材料表面应变场测量。制作了光弹性贴片,并标定光弹性贴片的材料条纹值,通过几种典型形状光弹性贴片试件的加载实验掌握应力场分布的条纹图像判读方法。开展光弹性贴片在简支钢梁的应变场测量应用,在薄弱点位置光弹性贴片法相比电阻应变片法应变值偏差在5%以内。对C30混凝土试块进行4.4 MPa～39.6 MPa的应力加载过程中,有效监测到混凝土表面裂缝产生、稳定扩展及失稳破坏过程中的条纹图像变化过程。实验表明,光弹性贴片方法可以直观可靠地测量金属及混凝土的表面应力场变化。     

材料断裂性能与试件裂纹长度的相关性

炸药材料、炸药代用材料以及40Cr金属材料的裂纹试件为含边裂纹的3点弯曲试件。对于炸药及其代用材料，先用—个情制的锯条在试件中制作缺口，然后将—个非常薄的刀片压入缺口根部，在刀片压入过程中，在其前端发生缓慢的裂纹扩展，从而制作出裂纹试件。而金属材料则先用钼丝切割制作缺口，然后通过疲劳试验机制作尖锐裂纹。     

表面裂纹对掠入射垂直偏振横波散射的动态光弹实验分析

利用动态光弹法研究掠入射垂直偏振横波(SV波)在表面裂纹处的散射声场,给出不同倾斜角度的表面裂纹引起的散射声场分布和简化波前示意图。以垂直表面裂纹为例,有限元仿真和电法测量分别直接地和间接地证明了光弹实验结果的可靠性。表面裂纹引起的各类散射波与裂纹参量密切相关且容易区分,可使用一阶散射声波到达时间反演表面裂纹的长度和倾角,实验测量值与真实值的相对误差在6%以下。      

测量冲击压缩下绝缘材料电阻率技术的一个改进

 对A. C. Mitchell等的测量冲击压缩下绝缘材料电阻率的技术做了改进，其主要之点是，在测量电路中增加了一个记录冲击波进入试件的电支路，并在新支路中串接一个基准电阻。这样做的好处是：（1）便于提高试件电阻信号的电平，或提高试件电阻的可测上限范围；（2）可以用基准电阻的实测值对试件的实测电阻值进行校核；（3）可以同时测得试件中的冲击波速度值。文中还以聚四氟乙烯材料的实测结果为例，对本方法的特点做了初步讨论。     

赫兹型微裂纹光场调制增强作用的系统研究

通过改变裂纹的倾角、宽度和深度参数,模拟了赫兹型裂纹在不同参数下对光场调制能力的不同. 模拟发现,倾斜角度为20.9°到45°之间的裂纹危害最大,倾角大于45°小于48.2°的裂纹危害也十分大,而倾斜角度为45°时的裂纹危害最小. 对于30°倾角的赫兹型裂纹,一定范围内,赫兹型裂纹深度的增加会导致其光场调制增强能力呈二次方关系增加,但宽度的增加不会使其光场调制增强作用增加. 裂纹深度和宽度的增加可以用来近似裂纹的演化过程,所以裂纹的扩展导致了其光场调制能力的增加,进而导致损伤增长速率的加快,这和e指数损伤增长规律相符. 关键词： 损伤增长 亚表面缺陷 赫兹型裂纹 光场增强     

绝缘壁通道上裂纹电极的MHD电位研究

本研究是在开展模拟涂层裂纹或未裂纹时的MHD压降实验研究时间时测量的裂纹电极间的MHD电位变化情况。实验段见文献（1）中的图1所示结构。用ΔV14、ΔV24分别表示余裂纹电极D1和D2与参考电极D4间实验测得的电位差,此外只选出具有一定代表性的电极间的电位差随雷诺数Re的关系曲线,即Re-Δ14和Re-ΔV24的实验曲线,其结果见图1－3所示。     

材料学科研究进展

1核材料 1.1铀表面改性的抗腐蚀性能研究 金属铀因其独特的核性能而具有广泛的用途，但由于其高化学活性而极易在许多环境介质中遭受腐蚀。因此，发展铀表面改性技术，研究镀层对铀抗腐蚀特性的影响备受关注。开展了铀表面脉冲电镀镍技术，磁近代溅射镀铝膜及铝／钛双重复合膜技术和铀表面激光快速熔凝技术研究，分析了镀层的组织结构，测试了镀层的腐蚀特性。研究发现脉冲电镀镍层在铀表面上连续、致密、覆盖完整、界面清晰，具有较好的保护性能铀、铝镀层、铝／钛复合镀层在50μg／g的Cl^-溶液中的腐蚀电位，铀表面铝镀层的腐蚀电位较铀的腐蚀电位低，可以提供牺牲性保护，但铝镀层表面存在微孔隙，会产生点蚀；钛镀层的腐蚀电位较铀高，表面仍然具有微孔隙，会产生点蚀；经过激光快速熔凝处理，铀的抗氧化能力明显增强。这些研究结果为优化铀表面防腐蚀镀层体系提供了技术基础。     

光学玻璃超声振动维氏压痕中位裂纹的实验研究

为了进一步掌握光学玻璃材料超声振动辅助磨削亚表面损伤机理,设计常规和超声振动条件下维氏压痕实验,调查两种情况下K9光学玻璃压痕形貌特征;采用磁性复合流体抛光方法检测K9光学玻璃压痕区域的中位裂纹深度,对常规压痕系统中位裂纹模型进行两次系数修正,获得超声振动条件下的维氏压痕系统中位裂纹深度模型.通过超声振动维氏压痕实验计算静态和动态断裂韧性,得到两种加载条件的一次修正系数分别为0.08和0.06;结合检测中位裂纹深度实验结果拟合获得的两种条件下二次修正系数数值接近,分别为94.75和94.50.结果表明该模型对超声振动和加工条件具有良好的识别度.     

对伏安法测电阻的研究

对伏安法测电阻的研究魏诺（西安建筑科技大学７１００５５）伏安法测电阻通常存在两点不足：一是不考虑电表内阻误差的影响，二是按等精度测量进行数据处理．实际上，用伏安法测电阻时，在电表量程内由小到大选取不同值进行多次测量属于不等精度测量；而电表内阻的误差对...     

表面微观形貌测量及其参数评定的发展趋势

由于表面加工质量的不断提高，对微观形貌测量技术提出了更高的要求。传统触针式轮廓仪测量具有稳定、可靠、测量动态范围大等优点，但会划伤被测表面；而非接触式形貌测量技术克服了接触式测量易划伤表面的缺点，它主要包括光学散射法、各种光探针法、光学显微干涉法以及采用ＳＥＭ、ＳＴＭ、光子隧道显微镜和原子力显微镜（ＡＦＭ）来探测表面微观形貌的方法。各种测量方法均有其优点和局限性。光学测量方法由于受衍射限制，使其横向分辨率很难提高，在测量大斜率及台阶表面时，测量误差很大。而ＡＦＭ被公认为是一种理想的表面微观形貌测量方法。此外，在表面微观形貌评定方面，国际上正积极探索各种三维评定参数以取代原来的二维参数。     

金刚石表面杂质的深度分布

 利用二次离子质谱法（SIMS）测量和分析了金刚石的表面杂质。为获得表面杂质的深度分布，采用了离子剥蚀法，用15 keV的Ar⁺总共剥蚀了6 400 s，以N、Na、Mg和Si四种杂质作为研究对象。结果表明，各种杂质的浓度最大值均位于最外表面的一薄层内，它相当于剥蚀时间不足6.5 min。对于某一给定的杂质，在不同样品的最外表面上的浓度可以相差很悬殊。但当Ar⁺剥蚀30 min以后，不同样品中的浓度相差不大，且同一样品中，各种杂质的浓度随剥蚀时间的增大（即随深度的增加）变化不大。     

多通道超声兰姆波检测板状结构中的裂纹

超声兰姆(Lamb)波在结构缺陷检测方面愈来愈受到重视,但目前Lamb波的应用局限于单信号源激励,单通道接收的方法,容易受到噪声干扰,其后续的信号分析处理也比较复杂。本文旨在采用多通道Lamb波对板状结构中的裂纹进行定量分析与诊断。在铝板的表面凿刻出不同深度的凹槽作为裂纹,通过线阵换能器采集在一定传播距离内的多通道Lamb波信号,并采用二维傅里叶变换分析在不同深度的裂纹下,Lamb波模式能量的变化规律。结果表明,相对于完好铝板中的Lamb波信号,裂纹的存在会使Lamb波发生模式转换现象,并且转换模式能量百分比随裂纹深度的增加而线性增加。其结果为Lamb波评价板状结构中的裂纹状况提供了一种可能的方法。