[发明专利]光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学精密测量技术领域，尤其是一种硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法，具体地说是一种引入了修正系数的能提高测量精度、消除环境因素和人为因素对测量精度影响的光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法。

背景技术

上世纪七十年代起，国内外众多科学家开展了光学工件的亚表层损伤评价技术研究。目前亚表面损伤评价方法主要有化学腐蚀液差动腐蚀法、角度抛光法、磁流变抛光斑点法、截面显微法等等。磁流变抛光斑点法测量亚表面损伤，是通过磁流变抛光的方法在样件表面形成磁流变抛光斑点，再通过腐蚀（能够腐蚀光学材料的酸、碱，比如HF酸），将斑点内的裂纹扩大，使之能在显微镜下直接观测，将裂纹能够出现的最大深度标定为亚表面损伤层深度。化学腐蚀液差动腐蚀法则通过样品与基体在腐蚀速率变化的差异来标定工件的亚表面损伤深度，其测量值在理论上更加符合实际。

化学腐蚀液差动腐蚀法的测试精度不易保证，实验环境因素及测试仪器的测试精度对实验结果影响较大。磁流变抛光斑点法测量亚表面损伤并没有将变质层考虑在内，所以其测量裂纹层深度不能完全满足反应实际情况的需要，抛光斑点的参数（深度、位置、角度）的选择对实验结果影响较大。

发明内容

针对背景技术所存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种测量亚表面损伤层厚度的方法，称为化学腐蚀液分步腐蚀法。该方法利用化学腐蚀剂对光学元件的腐蚀性，通过对加工样件和基体样件进行同实验环境分步腐蚀，采用深度测量工具对腐蚀表面进行扫描，测量平面上标定区域的腐蚀深度，计算出其腐蚀速率，同时引入了修正系数Ki来对不同腐蚀阶段的环境变化作适当的修正，提高了测量精度，以腐蚀速率的变化趋势间接标定光学元件亚表面的损伤层，具有可工程化、快捷、实用、精度高的特点。

本发明的技术方案是：

一种测量硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的方法，其特征中它包括以下步骤：

（1）基体样件的制备：将盛放化学腐蚀液的容器置于恒温环境中，将基体样件置于化学腐蚀液中不少于2小时，确保其亚表面损伤层已完全去除，得到供比较用的基体样件B；

（2）对基体样件B和加工样件A进行清洗和烘干：将与基体样件B长宽尺寸相同的待检测的加工样品A和基体样件B同时或分别放入超声波清洗机中清洗，取出，放入干燥箱烘干；

（3）分别制备基体样件B和加工样品A的装配件；将经过清洗干燥的待检测的加工样品A和基体样件B的下表面平行贴在塑料垫板的上表面，塑料垫板的上表面作为测量腐蚀深度的基准面；同时，在待检测的加工样品A和基体样件B上表面分别划分形成两个对称区域A1与A2、B1与B2，用塑料压片各贴住其中的一个区域，得到样品装配件，为下一步分步腐蚀做准备；塑料压片的作用在于阻止同一样件表面两个区域同时腐蚀，使上述两个区域进行分步腐蚀，每一次的腐蚀环境相同，但各自总的腐蚀时间相差一个时间段，使得在i+1次腐蚀操作内，可以得到先腐蚀了一个时间段的第一区第i+1次腐蚀深度和第二区第i次腐蚀深度，而第二区第i次腐蚀深度理论上是和第一区第i次腐蚀深度相等的，而实际测量值相差很大，这是由于实验操作误差引起的；

（4）将上述基体样件B和加工样品A装配件同时置于配制好的蚀刻液中，放入恒温水浴中，使得所述的加工样品A和经基体样件B上表面中没有被塑料压片贴住掩盖的区域显露在化学腐蚀液中进行腐蚀，腐蚀一个时间段以后，将基体样件B和加工样品A装配件取出，放入超声波清洗机中清洗然后取出，放入干燥箱烘干；

（5）用台阶仪分别测量基体样件B和加工样品A装配件上的加工样品A和基体样件B被腐蚀区域的腐蚀轮廓，分别得出加工样品A和基体样件B腐蚀区域的腐蚀深度平均值，算出各自的平均腐蚀速率；

（6）除去基体样件B和加工样品A装配件上的塑料压片，将它们放入化学腐蚀液中重复第（4）、第（5）步所述的腐蚀、清洗、干燥、测量；分别得出加工样品A第一区、第二区和基体样件B第一区、第二区的腐蚀深度平均值，算出各自的平均腐蚀速率；