CCD研磨亚表面裂纹表征方法研究(3)

1。3 检测方法的介绍

1。3。1 破坏性检测方法

1）HF恒定化学蚀刻速率法

HF恒定化学刻蚀速率法[9]的原理是在光学元件的表面使用HF溶液，对光学元件的面型进行化学蚀刻。当溶液与接触面的接触面积不一样，溶液的腐蚀速率就会发生变化，因此，在一开始侵蚀表面损伤较多的位置时，HF溶液的时刻速率非常大，而当侵蚀到一定深度时，在基层的时候，损伤几乎消失，因此速率就会减缓知道保持不变。操作简单，成本较低是该方法最大的优势，但是其局限性也非常明显，便是精确度不高。该方法是国内使用最为广泛，成果最为丰硕的一种破坏性原理的检测方法。下面给出该方法中通过腐蚀速率来判定损伤层深度的公式：

(1。1)

其中:一腐蚀前试件重量;

一腐蚀速率刚稳定时试件的重量;

一试件密度；

S一试件底面积。

2）角度抛光法

图1。1角度抛光法基本原理

上图为角度抛光法的原理示意图，即将光学元件在边缘区域以一个小角度进行切割，这让表面的损伤以斜面的形式表现出来，从而起到一个放大的作用。这种方法操作非常简便，而且相比HF溶液恒定化学蚀刻速率法，精度更高，但是由于切割只能在边缘区域进行，因此有非常大的局限性。该方法也是现在使用非常广泛的破坏性检测方法。

3）Ball Dimpling方法

Ball Dimpling方法是由美国罗切斯特大学光学制造中心研究出来的一种亚表面损伤测量方法，该方法是利用钢球在光学元件表面加工出一个斑点，从而使光学元件的亚表面损伤层充分显现出来，再通过对各种损伤特征点的测量来获得光学元件的亚表面损伤深度[11]。该方法操作简便，经济成本低，但是该方法在被测元器件的硬度方面有一定要求，且对不符要求的被测件的测量效率偏低。

图1。2 Ball Dimpling方法基本思路图

4）磁流变抛光斑点技术

磁流变抛光斑点技术是在Ball Dimpling方法的基础上改进的，由Randi等人首先提出[7]。该方法原理：首先，为了将其亚表面损伤特征暴露出来，会利用磁流变抛光技术对被测件进行抛光，；然后，利用化学溶液对光学元件的亚表面损伤层侵蚀，使损伤裂纹放大；最后，利用轮廓仪获得亚表面损伤层区域的轮廓，再利用显微镜头观察在轮廓范围内不同深度处的亚表面损伤特征情况，通过显微镜的在纵向上的调焦获得亚表面损伤的深度值。磁流变抛光技术测量亚表面损伤厚度的精度是目前几种破坏性检测方法中最高的，而且其优势还在于能通过显微镜看到完整的亚表面损伤形貌特征。

图1。3磁流变抛光斑点技术基本思路图

1。3。2 非破坏性检测方法

1）亚表面损伤深度/表面粗糙度比例模型预测预报方法

美国罗彻斯特大学激光实验室（The Laboratory for Laser Energetics，LLE）提出一种间接测量光学元件亚表面损伤的方法，通过建立光学元件亚表面损伤度与其表面粗糙度的数学关系模型，从而由光学元件表面的粗糙度来估计亚表面损伤的厚度[8]，所以，该方法被称为亚表面损伤深度/表面粗糙度比例模型预测预报方法。这种方法除了能对光学材料的亚表面损伤进行预测外，还能对硅、陶瓷等脆性材料进行亚表面损伤预测。

国防科技大学在对光学材料的亚表面损伤深度和表面粗糙度的关系研究中，分析出在光学材料磨削加工过程中，在光学材料亚表面层产生的径向损伤裂纹和横向损伤裂纹对光学材料表面粗糙度的影响,建立了光学材料表面粗糙度和亚表面损伤深度关系的数学模型[8]。如式1。2所示。 CCD研磨亚表面裂纹表征方法研究(3):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_88652.html