[发明专利]一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统

说明书

本发明属于工程材料与力学技术领域，具体涉及一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统。将PDMS硅橡胶40‑50wt%，固化剂3‑6wt%和二氧化钛颗粒45‑55wt%混合后第一混合液；将所述第一混合液滴至带材中心后采用旋涂工艺进行涂层，所述第一混合液均匀粘附在带材表面得到散斑样品；将所述散斑样品以1‑2℃/s的速度升温至100‑120℃，保温1.5‑2.5h后冷却，得到适用于超低温大变形环境的散斑样品。采用上述工艺制得的散斑，同时解决低温散斑的开裂和脱落问题。本发明的散斑的光路观测系统，可以有效地消除大部分杂散光和来自样本表面镜面反射的影响，从而显著提高图像的信噪比。

技术领域

本发明属于工程材料与力学技术领域，具体涉及一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统。

背景技术

近年来，低温工业的蓬勃发展不断激发着人们对低温条件下相关工程材料力学性能和行为的研究兴趣。与此同时，实现低温下的应变测量和变形机制观测对评估相关材料的性能和设计低温科学装置起着至关重要的作用。虽然引伸计在诸多低温大变形加载设计中得到了广泛的应用，但由于其接触式、单轴和局部平均响应的局限性，在许多实验中已逐渐被更先进的数字图像相关(DIC)技术所取代。DIC技术自20世纪80年代由南卡罗来纳大学提出以来，已被广泛应用于各种观测尺度和温度环境下的形状、运动和变形测量。经过不断的改进，该方法已具有许多无可比拟的优点，包括：装置简单，易于实现，全场原位观测，对环境振动和光线变化的鲁棒性强，适用范围广，时空分辨率可调等。散斑，是制备在样品上的一种随机特征图案，其在DIC实验中起着变形信息载体的作用。近年来，越来越多的研究人员开始意识到DIC测量精度不仅取决于相关算法，而更取决于散斑图的质量和稳定性。由于被测材料种类、观测空间尺度、温度环境等的巨大多样性，散斑图案的质量和稳定性通常是DIC技术可否应用于相关实验的决定性条件。

常用的喷漆，UV打印，水转印，旋涂，刮擦，荧光等散斑制备工艺可以满足绝大多数常规实验的测试需求。然而针对一些特殊环境，尤其是极端温度情况，往往需要做进一步的特殊处理和改进。

Thai等人在大理石板上和石磨棒喷涂白色耐高温涂料，通过一种高温下反射光谱滤波和调整曝光时间的方法，实现了超1000度环境下的DIC应变观测。与此同时，利用喷涂氧化铝涂料的方法，Wang等人对C/C复合材料拉伸试样在2000℃温度下实现了应变观测。最终，在Pan等人的工作中，他们提出了一种TaC散斑，并结合窄带滤波技术，实现了3000℃度高温下的DIC应变观测。可以看到，对于超高温环境下的散斑制备和DIC实验的数字信号获取、后处理技术已经有了较为详尽的研究。

与之相反的，由于绝大多数材料在超低温环境下都会变硬和变脆，散斑本身性能的变化会直接降低其在低温下的可适用应变范围。对于一些常用不锈钢材料如304和316LN，或者大多数高熵合金材料，它们在低温下的断裂延伸率都已超过20%。因此，要实现对此类材料低温变形过程的应变观测，散斑的应变承受能力就必须要超过样品本身。WU的工作是DIC在低温大变形实验中的一个非常成功的应用，他们分析结合DIC应变结果分析了77K下FeMnNiCoCr合金单晶的特殊硬化行为，但是其采用的刮擦散斑制备方法本身对样品会有所损伤且每个应变观测梯度都需要重新卸载样品再次重制散斑。除此之外，Yuan和Cong等人也在低温下借助黑/白喷漆散斑实现了DIC应变观测实验。但是总体上来说，暂时还没有专门针对液氮温度甚至液氦温度下大变形过程的散斑质量评估和制备优化的研究。

为了克服上述缺陷，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统，以解决在超低温大变形DIC应变观测过程中的散斑脱落和开裂的技术难题。

本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种低温大变形散斑的制备工艺，包括以下步骤：