環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，測(cè)定待測(cè)物與基底的結(jié)合力的實(shí)驗(yàn)方法主要有摩擦拋光實(shí)驗(yàn)、噴丸實(shí)驗(yàn)、彎曲實(shí)驗(yàn)、拉力實(shí)驗(yàn)、壓痕實(shí)驗(yàn)以及劃痕實(shí)驗(yàn)等。其中，劃痕實(shí)驗(yàn)具有操作簡(jiǎn)便、直觀、可量化對(duì)比等優(yōu)點(diǎn)，為大多數(shù)國(guó)家所采用。然而，劃痕實(shí)驗(yàn)一般將采用突變摩擦力或者聲發(fā)射信號(hào)作為評(píng)判參數(shù)，由于薄膜的表面形貌和力學(xué)特性的復(fù)雜性，常常無(wú)法有效地判斷臨界載荷，與此同時(shí)劃痕實(shí)驗(yàn)不考慮環(huán)境對(duì)結(jié)合力的影響，導(dǎo)致降低了劃痕實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0004]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置可以提高劃痕實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置的控制方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置，環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置，包括:二維力傳感器，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中載荷和摩擦力；聲發(fā)射傳感器，所述聲發(fā)射傳感器設(shè)置在待測(cè)物表面，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中聲發(fā)射信號(hào)；劃痕頭驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)加載在所述劃痕頭驅(qū)動(dòng)器上的劃痕頭以預(yù)設(shè)速度移動(dòng)，并線性增大初始載荷，從而在所述待測(cè)物表面產(chǎn)生劃痕；環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)模塊，用于調(diào)節(jié)待測(cè)物所處環(huán)境的環(huán)境參數(shù)，其中，環(huán)境參數(shù)包括溫度和濕度；驅(qū)動(dòng)器控制模塊，所述驅(qū)動(dòng)器控制模塊分別與所述環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)模塊、所述二維力傳感器和所述劃痕頭驅(qū)動(dòng)器相連，以根據(jù)所述二維力傳感器反饋的載荷控制所述劃痕頭在預(yù)設(shè)溫度和預(yù)設(shè)濕度下水平移動(dòng)；變倍顯微鏡，用于檢測(cè)所述劃痕的形貌；以及控制模塊，所述控制模塊與所述驅(qū)動(dòng)器控制模塊和所述變倍顯微鏡相連，用于根據(jù)所述摩擦力與所述聲發(fā)射信號(hào)得到在所述預(yù)設(shè)溫度和預(yù)設(shè)濕度下所述待測(cè)物與基底的結(jié)合力，以根據(jù)所述結(jié)合力與所述劃痕的形貌得到待測(cè)物破裂時(shí)的形貌。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置，通過(guò)結(jié)合劃痕形貌的在位觀測(cè)，從而提高待測(cè)物的結(jié)合力的準(zhǔn)確性，并且通過(guò)環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)，從而控制劃痕實(shí)驗(yàn)的溫度和濕度，充分考慮了環(huán)境對(duì)結(jié)合力的影響，以測(cè)定不同溫度和濕度對(duì)待測(cè)物的結(jié)合力的影響，以及可以有效地判斷臨界載荷，提高劃痕實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)在給定環(huán)境下劃痕實(shí)驗(yàn)的測(cè)量。
[0008]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0009]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述裝置還包括:信號(hào)放大模塊，所述信號(hào)放大模塊分別與所述二維力傳感器和所述驅(qū)動(dòng)器控制模塊相連，用于將所述二維力傳感器的電壓信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以得到所述反饋的載荷和所述摩擦力。
[0010]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)器還用于驅(qū)動(dòng)所述劃痕頭垂直移動(dòng)以與所述待測(cè)物表面接觸并施加所述初始載荷。
[0011]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述二維力傳感器可以為應(yīng)變高精度力傳感器。
[0012]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述聲發(fā)射傳感器通過(guò)耦合劑設(shè)置在所述待測(cè)物表面，所述劃痕頭設(shè)置在所述二維傳感器上。
[0013]本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出了一種如上述環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置的控制方法，包括以下步驟:調(diào)節(jié)所述環(huán)境參數(shù)，以使所述待測(cè)物所處環(huán)境達(dá)到所述預(yù)設(shè)溫度和預(yù)設(shè)濕度；根據(jù)所述二維力傳感器反饋的載荷控制所述劃痕頭在所述預(yù)設(shè)溫度和預(yù)設(shè)濕度下水平移動(dòng)，其中，所述劃痕頭以預(yù)設(shè)速度移動(dòng)，并線性增大初始載荷，從而在所述待測(cè)物表面產(chǎn)生劃痕；在控制所述劃痕頭與所述待測(cè)物脫離之后，通過(guò)所述變倍顯微鏡檢測(cè)所述劃痕的形貌；以及根據(jù)所述二維力傳感器檢測(cè)的摩擦力與所述聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)得到在所述預(yù)設(shè)溫度和預(yù)設(shè)濕度下所述待測(cè)物與基底的結(jié)合力，以根據(jù)所述結(jié)合力與所述劃痕的形貌得到所述待測(cè)物破裂時(shí)的形貌。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置的控制方法，通過(guò)結(jié)合劃痕形貌的在位觀測(cè)，從而提高待測(cè)物的結(jié)合力的準(zhǔn)確性，并且通過(guò)環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)，從而控制劃痕實(shí)驗(yàn)的溫度和濕度，充分考慮了環(huán)境對(duì)結(jié)合力的影響，以測(cè)定不同溫度和濕度對(duì)待測(cè)物的結(jié)合力的影響，以及可以有效地判斷臨界載荷，提高劃痕實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)在給定環(huán)境下劃痕實(shí)驗(yàn)的測(cè)量。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置的控制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0016]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述調(diào)節(jié)所述環(huán)境參數(shù)之后，上述方法還包括:將所述二維力傳感器的電壓信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以得到所述反饋的載荷和所述摩擦力。
[0017]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述將所述二維力傳感器的電壓信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之前，還包括:驅(qū)動(dòng)所述劃痕頭垂直移動(dòng)以與所述待測(cè)物表面接觸并施加所述初始載荷。
[0018]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0020]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置的控制方法的流程圖。
[0022]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的環(huán)境可控的劃痕實(shí)驗(yàn)在位測(cè)試裝置的控制方法的流程圖；
[0023]圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的常溫下劃痕實(shí)驗(yàn)時(shí)摩擦系數(shù)和聲發(fā)射信號(hào)隨著載荷增大的變化示意圖；以及
[0024]圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的劃痕實(shí)驗(yàn)薄膜結(jié)合力在常溫和高溫下隨載荷變化的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0027]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明