一種薄膜結合強度測試設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種薄膜結合強度測試設備，包括光學平板、支撐系統、Y軸方向進給裝置、角度可調節夾具、工具頭、Z軸設定器、Z軸定器夾具、X軸方向進給裝置、壓頭、聲發射系統、測力系統。本實用新型所公開的薄膜結合性能測試設備可實現對不同厚度和層數的薄膜的結合性能的評價和測定。通過力信號發生突變的時間或者聲發射信號來表征薄膜的結合強度，測力系統和聲發射系統可以準確記錄測試過程中力信號和聲發射信號的變化。
【專利說明】
一種薄膜結合強度測試設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種薄膜結合性能測試設備，特別是涉及一種利用力傳感和聲發射傳感的薄膜測試設備。
【背景技術】
[0002]零件或者構件在工作過程中會發生失效行為。磨損、腐蝕和疲勞是最主要的失效形式，尤其是在高溫、高壓、腐蝕等條件下。在零件或者構件表面運用薄膜技術是提高其壽命的一種重要手段。隨著薄膜技術的不斷發展，人們對其壽命及可靠性提出了越來越高的要求。而薄膜的結合強度是評價其質量的一個重要指標。評價薄膜強度的試驗方法有多達350多種，其中劃痕試驗法是應用最廣泛的，這種方法操作簡單、直觀，并且可以量化。中科院蘭州化學物理研究所和大連理工大學起草制定了《氣相沉積薄膜與基體附著力的劃痕實驗法》，并于1998年實施。國內外劃痕法測試的設備也已經開發了很多種，大多數是不斷加大工具頭與薄膜之間的壓力的形式，而不同薄膜的結合力也會相差很多，結合力強的薄膜得出臨界載荷的位置也會較長，無法在較短的劃痕長度內得到薄膜的結合強度。本實用新型公開了一種薄膜結合強度測試設備，可以根據薄膜厚度使被測試樣品傾斜一定的角度，用力信號拐點的出現和聲發射信號來表征薄膜的結合性能，可以對不同厚度和層數的薄膜結合性能進行評價和測定。
【實用新型內容】
[0003]實用新型的目的在于克服現有技術之不足，提供一種薄膜結合強度測試設備，本實用新型的膜結合強度測試設備，可以根據薄膜厚度使被測試樣品傾斜一定的角度，用力信號拐點的出現和聲發射信號來表征薄膜的結合性能，可以對不同厚度和層數的薄膜結合性能進行評價和測定。機構簡單，測試快捷，準確性高。
[0004]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種薄膜結合強度測試設備，包括:光學平板、支撐系統、Y軸方向進給裝置、角度可調節夾具、工具頭、Z軸設定器、Z軸設定器夾具、X軸方向進給裝置、壓頭、聲發射系統、測力系統;所述測力系統包括力傳感器和力數據處理部分;所述聲發射系統包括聲發射傳感器和聲音數據處理部分
[0005]所述支撐系統固定光學平板上;所述X軸方向進給裝置安裝于支撐系統上所述Y軸方向進給裝置固定于光學平板上;所述角度可調節夾具固定于Y軸方向進給裝置上;所述Z軸設定器夾具安裝在X軸方向進給裝置上;所述Z軸設定器固定在Z軸設定器夾具上;所述力傳感器通過Z軸設定器夾具與Z軸設定器相連;所述工具頭固定在力傳感器上;所述壓頭固定在工具頭上;所述角度可調節夾具上用于放置被測樣品，所述聲發射系統內的聲發射傳感器固定在被測樣品上;所述測力系統的力數據處理部分采集力傳感器的數據;所述聲發射系統的聲音數據處理部分采集聲發射傳感器的數據。
[0006]優選的，所述壓頭為金剛石劃針，其錐角度范圍為60°?120°，圓弧半徑范圍為10μm ?200μπιο
[0007]優選的，所述測力系統包括:力傳感器、力數據采集卡和放大器;所述力傳感器與測力系統的放大器連接;放大器連接力數據采集卡。
[0008]優選的，所述聲發射系統包括聲發射傳感器、電荷放大器和聲發射數據采集卡;所述聲發射傳感器與電荷放大器相連;所述電荷放大器連接聲發射數據采集卡。
[0009]優選的，被測樣品要經過研磨拋光處理，表面粗糙度優于Ra0.Ιμπι，被固定在角度可調夾具前要用超聲清洗機進行清洗。
[0010]優選的，所述的X軸方向進給裝置，應具有較高的定位精度，一般要求定位精度優于 Iym ο
[0011]優選的，所述的Y軸方向進給裝置，應具有較高的定位精度，一般要求定位精度優于0.1ym0
[0012]優選的，所述的Z軸設定器，為高精度Z軸設定器，且其定位精度優于0.Ιμπι。
[0013]優選的，所述的角度可調夾具，可調節角度精度優于0.02°。
[0014]優選的，通過控制Y軸方向進給裝置和X軸方向進給裝置調整工具頭與角度可調夾具上的被測樣品之間的相對位置;調整Z軸設定器調節壓頭與被測樣品的距離，使壓頭與被測樣品剛好接觸;調節角度可調夾具的傾斜角度;打開測力系統和聲發射系統，驅動Y軸方向進給裝置;測力系統采集壓頭在被測樣品上的劃擦過程中力的動態變化，聲發射系統采集劃擦過程中力的聲發射信號。
[0015]優選的，判斷壓頭與被測樣品剛好接觸包括如下步驟:
[0016]Al、通過控制器移動X軸和Y軸進給裝置，調整被測樣品的相對位置使金剛石劃針正對被測試試樣的目標位置；
[0017]Α2、通過控制器移動Z軸設定器使靠被測樣品近金剛石劃針，至肉眼無法分辨兩者相對位置后用塞尺確定兩者相對位置，調節Z軸設定器至塞尺最小尺寸；
[0018]A3、打開測力系統，調節Z軸設定器，每次點動的位移量為調節Z軸設定器的最小位移，觀察接觸力的實時變化，當接觸力到達臨界值時停止移動調節Z軸設定器。
[0019]本實用新型的有益效果是:本實用新型所公開的薄膜結合性能測試設備可實現對不同厚度和層數的薄膜的結合性能的評價和測定。通過力信號發生突變的時間或者聲發射信號來表征薄膜的結合強度，測力系統和聲發射系統可以準確記錄測試過程中力信號和聲發射信號的變化。
[0020]以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明；但本實用新型的一種薄膜結合強度測試設備不局限于實施例。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的主視圖；
[0022]圖2為本實用新型的側視圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
[0024]參見圖1至圖2所示，本實用新型的一種薄膜結合強度測試設備，包括:光學平板1、支撐系統2、Υ軸方向進給裝置3、角度可調節夾具4、工具頭6、Ζ軸設定器8、Ζ軸設定器夾具9、X軸方向進給裝置10、壓頭11、聲發射系統12、測力系統;所述測力系統包括力傳感器7和力數據處理部分;所述聲發射系統包括聲發射傳感器12和聲音數據處理部分
[0025]所述支撐系統2固定光學平板I上;所述X軸方向進給裝置10安裝于支撐系統2上所述Y軸方向進給裝置3固定于光學平板I上;所述角度可調節夾具4固定于Y軸方向進給裝置3上;所述Z軸設定器夾具8安裝在X軸方向進給裝置10上;所述Z軸設定器8固定在Z軸設定器夾具9上;所述力傳感器7通過Z軸設定器夾具9與Z軸設定器8相連;所述工具頭6固定在力傳感器7上;所述壓頭11固定在工具頭6上;所述角度可調節夾具4上用于放置被測樣品5，所述聲發射系統內的聲發射傳感器12固定在被測樣品5上;所述測力系統采集力傳感器7的數據;所述聲發射系統12采集聲發射傳感器的數據。
[0026]更進一步，所述壓頭11為金剛石劃針，其錐角度范圍為60°?120°，圓弧半徑范圍為 ΙΟμπι ?200μηι。
[0027]更進一步，所述測力系統包括:力傳感器7、力數據采集卡和放大器;所述力傳感器與測力系統的放大器連接;放大器連接力數據采集卡。
[0028]更進一步，所述聲發射系統包括聲發射傳感器12、電荷放大器和聲發射數據采集卡;所述聲發射傳感器與電荷放大器相連;所述電荷放大器連接聲發射數據采集卡。
[0029]更進一步，所述的X軸方向進給裝置10，應具有較高的定位精度，一般要求定位精度優于Iym。
[0030]更進一步，所述的Y軸方向進給裝置3，應具有較高的定位精度，一般要求定位精度優于0.1ymο
[0031 ]更進一步，所述的Z軸設定器8，為高精度Z軸設定器，且其定位精度優于0.Ιμπι。
[0032]更進一步，所述的角度可調夾具4，可調節角度精度優于0.02°。
[0033]更進一步，通過控制Y軸方向進給裝置3和X軸方向進給裝置10調整工具頭6與角度可調夾具4上的被測樣品5之間的相對位置；調整Z軸設定器8調節壓頭11與被測樣品5的距離，使壓頭11與被測樣品5剛好接觸;調節角度可調夾具4的傾斜角度;打開測力系統和聲發射系統，驅動Y軸方向進給裝置3;測力系統采集壓頭11在被測樣品5上的劃擦過程中力的動態變化，聲發射系統采集劃擦過程中力的聲發射信號。
[0034]更進一步，判斷壓頭11與被測樣品5剛好接觸包括如下步驟:
[0035]Al、通過控制器移動X軸方向進給裝置10和Y軸方向進給裝置3，調整被測樣品5的相對位置使壓頭11正對被測試試樣5的目標位置；
[0036]Α2、通過控制器移動Z軸設定器8使被測樣品5靠近壓頭11，至肉眼無法分辨兩者相對位置后用塞尺確定兩者相對位置，調節Z軸設定器8至塞尺最小尺寸；
[0037]A3、打開測力系統，調節Z軸設定器8，每次點動的位移量為調節Z軸設定器8的最小位移，觀察接觸力的實時變化，當接觸力到達臨界值時停止移動調節Z軸設定器8。
[0038]上述實施例僅用來進一步說明本實用新型的一種薄膜結合強度測試設備，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種薄膜結合強度測試設備，其特征在于，包括:光學平板、支撐系統、Y軸方向進給裝置、角度可調節夾具、工具頭、Z軸設定器、Z軸設定器夾具、X軸方向進給裝置、壓頭、聲發射系統、測力系統;所述測力系統包括力傳感器和力數據處理部分;所述聲發射系統包括聲發射傳感器和聲音數據處理部分； 所述支撐系統固定光學平板上;所述X軸方向進給裝置安裝于支撐系統上所述Y軸方向進給裝置固定于光學平板上;所述角度可調節夾具固定于Y軸方向進給裝置上;所述Z軸設定器夾具安裝在X軸方向進給裝置上;所述Z軸設定器固定在Z軸設定器夾具上;所述力傳感器通過Z軸設定器夾具與Z軸設定器相連;所述工具頭固定在力傳感器上;所述壓頭固定在工具頭上;所述角度可調節夾具上用于放置被測樣品，所述聲發射系統內的聲發射傳感器固定在被測樣品上;所述測力系統的力數據處理部分采集力傳感器的數據;所述聲發射系統的聲音數據處理部分采集聲發射傳感器的數據。2.根據權利要求1所述的一種薄膜結合強度測試設備，其特征在于:所述壓頭為金剛石劃針，其錐角度范圍為60°?120°，圓弧半徑范圍為ΙΟμπι?200μπι。3.根據權利要求1所述的一種薄膜結合強度測試設備，其特征在于:所述測力系統包括:力數據采集卡和放大器;所述力傳感器與測力系統的放大器連接;放大器連接力數據采集卡。4.根據權利要求1所述的一種薄膜結合強度測試設備，其特征在于:所述聲發射系統包括聲發射傳感器、電荷放大器和聲發射數據米集卡;所述聲發射傳感器與電荷放大器相連；所述電荷放大器連接聲發射數據采集卡。5.根據權利要求1所述的一種薄膜結合強度測試設備，其特征在于:通過控制Y軸方向進給裝置和X軸方向進給裝置調整工具頭與角度可調夾具上的被測樣品之間的相對位置；調整Z軸設定器調節壓頭與被測樣品的距離，使壓頭與被測樣品剛好接觸;調節角度可調夾具的傾斜角度;打開測力系統和聲發射系統，驅動Y軸方向進給裝置;測力系統采集壓頭在被測樣品上的劃擦過程中力的動態變化，聲發射系統采集劃擦過程中力的聲發射信號。
【文檔編號】G01N19/04GK205483974SQ201620112146
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月4日
【發明人】王寧昌, 姜峰, 張濤
【申請人】華僑大學