[发明专利]高反差高强度耐高温格栅制作方法

说明书

技术领域

本申请涉及光测力学、工程材料、构件变形和位移测试技术领域，具体地说，涉及一种高反差高强度耐高温格栅制作方法。

背景技术

在航空航天、化工能源等工业领域，许多重要构件比如涡轮发动机、超音速飞行器的表面结构等都会在高温环境中长期服役。但由于高温环境十分恶劣，常温下的研究方法难以应用到高温中来，因此当前关于高温下材料性能变化的各种研究大多都处于定性研究阶段，如果能对材料在高温环境下的材料性质变化过程进行定量准确的观察与测量，就能更好地深入研究材料的高温下不同与常温的材料行为特征，从而能突破这些问题带来的高温屏障。

几何相位分析方法是M.J.Hytch教授在1998年的Ultramicroscopy杂志上首先提出的，是一种基于试件表面格栅图像分析获得被测表面变形场的测量方法。作为一种光学测量方法，几何相位分析方法具有非接触、全场测量、操作简单和灵敏度高等优点，与高温测量系统相结合可进行材料高温下变形全场测量。

用几何相位分析方法进行高温测量需要在试件表面制作耐高温格栅。高温栅的制作一直是一个难题，因为常温下可用的变形载体一旦到了高温环境下就会发生许多意想不到的变化，比如脱落、变色和结构破坏，而光测法其本身就是基于变形载体特征的识别来计算热变形，上述这些变化都会严重破坏变形载体的特征，对测量计算带来很大的困扰。GL Cloud等(GL Cloud,M Bayer,Experimental Techniques,1988(4):24-27)在试样表面喷上陶瓷高温胶然后压上镍网，再等高温胶固化后制得高温格栅，这种方法制作虽然简单，但是存在高温胶固化的时机不好掌控等问题，制作成功率较低，需要反复做才能得到理想的效果，此外格栅在高温下容易氧化，格栅结构容易遭到破坏。朱建国等(中国专利申请200910135728.4)通过对试件抛光，甩胶，刻蚀，镀膜的方法制作高温光栅，这种方法制作的格栅频率高，测量灵敏度高，但工序较为复杂困难，成本较高，同时制作的格栅只能通过镀膜来保护，在高温下容易氧化变色，会大大影响光栅的对比度。谢惠民等(中国专利申请20130070717.9)通过全息光栅制作、电铸、压印、镀膜和转移的方法在试样表面制作高温光栅，这种方法对朱建国等的方法进行了改进，只需做好模板后就可以进行转移制作高温光栅，省去许多工序与成本，能够用来进行大批量制作，但是光栅的耐高温性能依然没有改进，镀的膜在高温环境下依然容易氧化变色，影响光栅的对比度。因此现在高温变形测量很需要一种没有繁琐的制作工序，操作简单可行，同时又能在恶劣的高温环境下有很好的耐高温性能的格栅变形载体制作方法。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种高反差高强度耐高温格栅制作方法，操作简单可行，制作的高温格栅对比度强，具有很好的高温稳定性，适用于复杂恶劣的高温环境下的变形测量。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

一种高反差高强度耐高温格栅制作方法，其特征在于，包括：

根据几何相位分析方法，结合实际测量区域的大小，预先计算所需格栅频率值；

对试件待测表面进行清洗、打磨；

根据所需的格栅频率，选用激光刻蚀制栅技术，优化制栅工艺参数，利用激光打标机在试件待测表面直接制作预定槽深h的正交格栅；

选取一种与所述试件表面颜色有高反差的耐高温微纳米颗粒，将所述耐高温微纳米颗粒与乙醇溶液按预定的质量体积比混合后，利用超声清洗机进行分散处理预定时间t，形成混合液，将混合液倒入喷壶，将所述喷壶垂直于所述正交格栅的表面进行喷涂，直至所述耐高温微纳米颗粒完全填充所述格栅的凹槽处，待乙醇挥发后，所述喷涂在试件待测表面的耐高温微纳米颗粒将在毛细力和范德华力的作用下吸附于所述格栅的凹槽处和凸起处；

擦除所述格栅凸起处吸附的所述耐高温微纳米颗粒，使得仅在所述格栅的凹槽处吸附有所述耐高温微纳米颗粒；

将凹槽处吸附好所述耐高温微纳米颗粒的格栅放入高温炉中加热到所述耐高温微纳米颗粒的烧结温度并保温一定时间，使所述耐高温微纳米颗粒通过高温烧结反应，物质原子渗透到格栅凹槽内部并与试件有物质交换作用发生，从而紧密固化在试件表面的格栅凹槽处，待冷却到室温，制得所述高反差高强度耐高温格栅；

其中，所述根据所需的格栅频率，利用激光打标机在试件表面制作预定槽深h的正交格栅，进一步为：