高精元件亞表面損傷層微裂紋機理全息反演研究

《高精元件亞表面損傷層微裂紋機理全息反演研究》是依託西安交通大學，由王海容擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高精元件亞表面損傷層微裂紋機理全息反演研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王海容
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

高精元件廣泛套用於能源、空間、國防裝備、積體電路與MEMS等領域，高精元件表面存在的亞表面損傷日益成為制約該類元件性能發揮的瓶頸。以高精元件亞表面損傷層微裂紋為研究對象，在腐蝕法檢測亞表面損傷的基礎上，結合複雜表面微觀形貌分形插值方法與腐蝕逆向演化有限差分模型，提出一種高精元件亞表面損傷層微裂紋全息反演研究方法與理論；進而研究典型高精元件亞表面損傷層微裂紋全息分布規律與表征方法，並依據亞表面損傷層微裂紋全息表征參數，結合加工工藝與材料性能，探索亞表面損傷層微裂紋形成與生長的內在機理。本課題提出的亞表面損傷層微裂紋全息反演研究方法與理論可適用於各種面型高精元件亞表面損傷層微裂紋全息的檢測，其結果不僅為亞表面損傷層微裂紋機理研究提供一種新的思路，還為改善高精元件加工工藝、減少亞表面損傷層微裂紋打下基礎。

結題摘要

高精元件廣泛套用於能源、空間、國防裝備、積體電路與MEMS等領域，加工工藝所導致的亞表面損傷日益成為制約該類元件性能發揮的瓶頸。以高精元件亞表面損傷層微裂紋為研究對象，研究工作主要集中在五個方面： （1）研究了人工製作微裂紋、磨削拋光等具有亞表面損傷的表面在腐蝕過程中的形貌和粗糙度及對應的微裂紋參數的變化規律，結果表明裂紋首先因腐蝕而逐漸打開，表面粗糙度值升高，隨後裂紋開始交錯融合，表面變得逐漸平滑，表面粗糙度值減小；（2）在重構裂紋腐蝕形貌基礎上，編制腐蝕過程逆向演化有限差分算法，採用單一人造裂紋腐蝕試驗對算法進行驗證，隨後通過比較亞表面損傷微裂紋長度、深度和殘差平方和的實驗與計算值，對有限差分算法進行改進和評估，提出一種高精元件亞表面損傷層微裂紋全息反演研究方法與理論；（3）基於圖像處理技術，提出一種包括亞表面損傷微裂紋長度、寬度、深度、角度、密度等參數的表征參數體系，進而提出一種球面光學元件亞表面損傷微裂紋表征參數的計算方法。對拋光樣品的亞表面損傷信息進行完整表征，得到了微裂紋的長度、深度、角度的分布特徵和規律；（4）在不同的磨削工藝下加工K9玻璃樣品，研究高精光學元件亞表面損傷微裂紋參數對其光學特性的影響，進而建立工藝參數、亞表面損傷參數及表面光學特性的關係，並通過數值計算對這些變化規律給出了解釋；（5）採用不同的加工工藝製造出不同粗糙度的感測器基底，利用該基底製造微型感測器，分析表面粗糙度對感測器相關回響的影響，總結了表面微觀特徵對感測器性能的影響方式。 本課題提出的亞表面損傷層微裂紋全息反演研究方法與理論不僅為亞表面損傷層微裂紋機理研究提供了一種新的思路，也為減少高精元件亞表面損傷層微裂紋、提高表面使用性能，最佳化高精元件加工工藝打下堅實的基礎。