[发明专利]一种薄膜材料热膨胀系数及应力测量方法

权利要求书

1.一种薄膜材料热膨胀系数及应力测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、试样及实验平台准备：首先制备测量试样，并喷涂散斑，然后搭建高温环境全场变形测量平台；

(1)测量试样的制备；

(2)试样的高温散斑制备；

(3)实验平台搭建；

步骤2、薄膜试样形貌及全场变形实时测量，包括：

(1)薄膜试样面内变形实时测量；

(2)薄膜试样三维热变形实时测量；

(3)薄膜试样电镀前后形貌测量；

步骤3、薄膜材料热膨胀系数的计算：

(1)利用数字图像相关法对热变形图片进行计算，得到变形图；

(2)通过变形图的数据分析获得面内变形量；

(3)把面内变形量带入基于变形薄膜热膨胀系数公式中获得薄膜材料热膨胀系数；

步骤4、薄膜高温全场热应力的计算：

(1)利用数字图像相关法对热变形图片进行计算，得到三维变形图；

(2)通过三维变形图的数据分析获得曲率分量场；

(3)把曲率分量场带入扩展的Stoney公式中获得薄膜高温全场热应力；

步骤5、薄膜电镀全场残余应力的计算：

(1)利用数字图像相关法对试样电镀前后的形貌进行测量，得到电镀前后试样的形貌；

(2)通过数据处理获得电镀引起的曲率变化量；

(3)把曲率变化量带入扩展的Stoney公式中获得薄膜电镀全场残余应力。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜材料热膨胀系数及应力测量方法，其特征在于：所述测量试样的制备步骤包括：

(1)选用H62黄铜作为基底材料，使用激光切割机将厚度为0.5mm的黄铜板切割成直径为50mm的圆板状试样，此试样为试样2；

(2)取基底材料，通过去油、超声波清洗的方式将基底材料的表面清洗干净；

(3)使用KW-4A型台式匀胶机在基底试样一面均匀涂覆一层ZY-160型电镀保护胶，然后室温下固化4h，最终形成一层致密的保护胶膜；

(4)把涂覆保护胶膜的试样放入70℃电镀镍溶液中进行整体电镀40分钟，撕掉保护胶膜，便获得黄铜基底单侧电镀金属镍的试样，此试样为试样1；

(5)使用游标卡尺测得基底试样的厚度为0.51mm，圆盘直径为50.05mm，使用超景深显微镜测的电镀镍薄膜厚度为10μm。

3.根据权利要求2所述的一种薄膜材料热膨胀系数及应力测量方法，其特征在于：所述试样2为厚度为0.51mm，直径为50.05mm的圆盘试样；所述试样1为基底厚度为0.51mm，电镀镍薄膜为10μm，直径为50.05mm的圆盘试样。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜材料热膨胀系数及应力测量方法，其特征在于：所述试样的高温散斑制备步骤包括：

(1)首先用耐700℃高温白色哑光漆在试样表面均匀喷涂一层白色哑光漆，室温环境下干燥30分钟；

(2)然后用耐700℃高温黑色哑光漆在试样表面均匀喷涂一些黑色散斑，一个散斑3到4个像素大小；

(3)最后将试样放置在室温环境中干燥30分钟最终获得高温散斑。

5.根据权利要求3所述的一种薄膜材料热膨胀系数及应力测量方法，其特征在于：所述高温环境全场变形测量平台所用到的实验设备包括如下：数字图像相关法设备、红外热成像仪、K型热电偶和四通道温度计、可加热到700℃的恒温加热平台和耐1100℃石英玻璃罩。