[发明专利]光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法

摘要

本发明涉及光学精密测量技术领域，特别是一种测量硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的方法，它利用了HF酸的腐蚀性，对加工样件和基体样件（指已完全消除了亚表面损伤的工件）在相同条件下腐蚀，同时，将腐蚀时间及腐蚀操作次序分段标记。第n+1时间段开始，加工样件和基体样件的腐蚀速率相等，则可认为在n时间段，加工样件已被腐蚀到基体，为了有效减小因为实验环境因素及多步重复操作引起的实验积累误差，引入了修正系数Ki，n时间段所对应的积累腐蚀深度为其亚表面损伤层深度。本发明方法测量过程简单快捷，测试精度高，对测试设备要求低。

主权项

1.一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；（7）计算修正系数；引入加工样品A的腐蚀修正系数Ki，i指第i次腐蚀操作；K₁=1、K₂=P_a21/P_a11、K₃=P_a22/P_a12…K_i=P_a2(i-1)/P_a1(i-1)，加工样品A对应的实际腐蚀深度可用式|P_a1i|=P_a1i×K_i表示，P_a1i为加工样品A1区域在第i次腐蚀操作测得的腐蚀深度；B1区域的腐蚀深度的修正原理同上，即引入基体样品腐蚀修正系数C_i，i指第i次腐蚀操作，C₁=1,C₂=J_b21/J_b11，C₃=J_b22/J_b12…C_i=J_b2(i-1)/J_b1(i-1),基体样件B对应的实际腐蚀深度可用式|J_b1i|=J_b1i×C_i表示，J_b1i为基体样品B1区域在第i次腐蚀操作测得的腐蚀深度；（8）亚表面损伤层厚度的计算；当经过i+1腐蚀操作时，同时满足如下条件：（1）|P_ai|≠|J_ai|;（2）|P_ai+1|=|J_ai+1|,则加工样品亚表面损伤层深度为即在第i+1次腐蚀操作时间内，A1区域的实际腐蚀深度等于B1区域的实际腐蚀深度，则加工样品亚表面损伤层深度为前i次腐蚀深度的累积值。