采用侧面逐层抛光腐蚀获取脆性材料裂纹扩展三维形貌的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106093037A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610387606.4G01B11/24(2006.01)(22)申请日2016.06.06G01B15/04(2006.01)(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人李军郭太煜唐咏凯朱永伟左敦稳仝浩呈花成旭(74)专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人瞿网兰(51)Int.Cl.G01N21/84(2006.01)G01N23/225(2006.01)G01N1/28(2006.01)G01N1/32(2006.01)权利要求书1页说明书5页(54)发明名称采用侧面逐层抛光腐蚀获取脆性材料裂纹扩展三维形貌的方法(57)摘要一种侧面逐层抛光腐蚀获取脆性材料裂纹扩展三维形貌的方法，包括以下步骤：（1）用压痕仪或划痕仪在材料表面制造压痕或划痕；（2）对材料表面压痕或划痕侧面进行抛光，形成表面裂纹；（3）对步骤（2）的侧抛光面采用腐蚀液进行腐蚀处理，去除了抛光残留杂质及覆盖表面损伤的微薄抛光重积层；（4）将步骤（3）腐蚀处理后的脆性材料表面清洗烘干，从起始边界对裂纹进行观察、分析和检测；（5）重复步骤（2）、（3）、（4）中的抛光、腐蚀和检测直至将步骤（1）中制造的压痕或划痕检测完毕为止；（6）将步骤（4）中获得的逐层图像信息进行拟合，获得脆性裂纹三维形貌的全面信息。本发明适用材料广，对测试设备要求低。CN106093037ACN106093037A权利要求书1/1页1.一种采用侧面逐层抛光腐蚀获取脆性材料裂纹扩展三维形貌的方法，其特征是包括以下步骤：用压痕仪或划痕仪在材料表面制造压痕或划痕，获得脆性裂纹；对材料表面压痕或划痕侧面进行抛光，将因压痕或划痕产生的脆性破坏展现在侧抛光面上，形成表面裂纹；对步骤（2）的侧抛光面采用腐蚀液进行腐蚀处理，去除了抛光残留杂质及覆盖表面损伤的微薄抛光重积层，裂纹进一步暴露；将步骤（3）腐蚀处理后的脆性材料表面清洗烘干，从起始边界对裂纹进行观察、分析和检测；重复步骤（2）、（3）、（4）中的抛光、腐蚀和检测直至将步骤（1）中制造的压痕或划痕检测完毕为止；将步骤（4）中获得的逐层图像信息进行拟合，获得裂纹扩展的三维形貌信息。2.根据权利要求1所述的侧面逐层抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，其特征在于：所述脆性材料包括玻璃材料、光学晶体材料、工程陶瓷和半导体材料。3.根据权利要求1所述的侧面逐层抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，其特征在于：所述的脆性裂纹为压痕或划痕及其周围形成的裂纹，压痕为压痕仪在特定的压头和载荷下在材料表面形成的，划痕为划痕仪在材料表面划出的。4.根据权利要求1所述的侧面逐层抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，其特征在于：所述抛光为低或无损伤抛光方法，包括化学机械抛光，磁流变抛光，离子束抛光和浮法抛光。5.根据权利要求1所述的侧面逐层抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，其特征在于：所述的化学腐蚀液为能使脆性材料蚀解的腐蚀液。6.根据权利要求1所述的侧面逐层抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，其特征在于：所述的检测使用的仪器包括共聚焦显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、白光干涉仪、透射电子显微镜。7.根据权利要求1所述的侧面逐层抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，其特征在于：所述的逐层抛光腐蚀，即步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）是重复进行的，且抛光深度大于腐蚀深度。8.根据权利要求1所述的侧面逐层抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，其特征在于：所述的逐层图像信息包括裂纹深度、裂纹长度、裂纹扩展方向。2CN106093037A说明书1/5页采用侧面逐层抛光腐蚀获取脆性材料裂纹扩展三维形貌的方法技术领域[0001]本发明涉及一种材料裂纹扩展研究方法，尤其是一种抛光腐蚀的脆性材料裂纹扩展研究方法，具体地说是一种采用侧面逐层抛光腐蚀获取脆性材料裂纹扩展三维形貌的方法。背景技术[0002]脆性材料，如玻璃材料、光学晶体材料、工程陶瓷和半导体材料等的共性是具有高强度、高硬度、高脆性、隔热、低密度和膨胀系数及化学稳定性好等特点,是一般金属材料无法比拟的。且主要涉及能源、太空、国防装备、集成电路与MEMS等高端领域。随着光学、微电子学、MEMS及其相关技术的发展，对元件所涉及的材料表面质量的要求越来越高，故需要在加工过程中最大限度地获得优的表面质量、避免表面损伤。脆性材料具有的低塑性、易脆性破坏等缺点使得脆性材料的去除机理主要是脆性碎裂，加工过程中会不可避免的引入包括划痕、擦伤等缺陷,它们都有可能构成裂纹源，应力就会在这些裂纹的尖端集中，在脆性材料中又没有其他可以消耗外来能量