本發(fā)明涉及一種超細(xì)磨料與基體材料的界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

界面結(jié)合強(qiáng)度是反映材料界面的一種特性，指的是抵抗界面被機(jī)械分離的能力。在磨拋工具中，磨料與基體的結(jié)合強(qiáng)度表現(xiàn)為磨料仍然能夠鑲嵌在結(jié)合劑基體表面的能力，是評(píng)價(jià)工具質(zhì)量最關(guān)鍵的指標(biāo)，是保證工具滿足其力學(xué)、物理和化學(xué)等使用性能的基本前提。目前，對(duì)于磨料和基體之間界面結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)多集中于大顆粒單晶金剛石和不同胎體之間的界面，嚴(yán)重缺乏針對(duì)超細(xì)磨料與高分子材料基體之間界面界面結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量裝置。

隨著對(duì)工件加工精度的要求越來(lái)越高，各種超細(xì)磨料和高分子材料基體得到廣泛的應(yīng)用。針對(duì)超細(xì)磨料與高分子材料基體之間界面結(jié)合強(qiáng)度的精確測(cè)量日益成為關(guān)注的焦點(diǎn)，因此相應(yīng)的精確測(cè)量的裝置也成為研發(fā)的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種超細(xì)磨料與高分子材料基體界面結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量裝置。本發(fā)明提供的裝置能夠?qū)Τ?xì)磨料與高分子材料基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行較為精確的定量測(cè)量，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，維護(hù)方便，測(cè)試成本低。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種超細(xì)磨料與基體材料的界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量裝置，其特征在于，包括：光學(xué)平板、樣品臺(tái)、探針、第一滑臺(tái)、第二滑臺(tái)、顯微放大系統(tǒng)和測(cè)力裝置；該第一滑臺(tái)固定于光學(xué)平板底部，其頂部連接驅(qū)動(dòng)樣品臺(tái)在xoy平面移動(dòng)以調(diào)整被測(cè)試樣位置；通過(guò)顯微放大系統(tǒng)對(duì)被測(cè)試樣進(jìn)行放大及測(cè)算被拉出磨粒與基體的接觸面積；該探針通過(guò)連接板與第二滑臺(tái)相連，其底端朝向樣品臺(tái)；該第二滑臺(tái)固定于光學(xué)平板側(cè)部且驅(qū)動(dòng)連接板沿z軸升降使得探針與被測(cè)試樣上的單顆磨粒粘接或?qū)⒛チ母叻肿踊w中拉出；測(cè)力裝置包括力傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡和主機(jī)，該力傳感器與探針相連以檢測(cè)拉力，該電荷放大器與力傳感器相連，該數(shù)據(jù)采集卡與電荷放大器相連，該主機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡相連；根據(jù)拉力和接觸面積計(jì)算界面結(jié)合強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述被測(cè)試樣為以高分子材料結(jié)合劑為基體的磨拋工具。

優(yōu)選的，所述被測(cè)試樣所包含的磨料包括金剛石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、氧化鐵、氧化鉻和氧化鈰中的一種或多種組合，其粒徑為0.1μm-0.1mm。

優(yōu)選的，所述探針為硬質(zhì)材料制成的探針，其底端為平面狀、弧形凸起狀或弧形凹陷狀，端面直徑為0.1μm-0.5mm；所述探針頂端與所述力傳感器連接。

優(yōu)選的，所述第一滑臺(tái)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，其步進(jìn)精度大于1μm；第二滑臺(tái)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，其步進(jìn)精度大于0.3μm。

優(yōu)選的，所述顯微放大系統(tǒng)包括安裝于樣品臺(tái)周圍對(duì)被測(cè)試樣進(jìn)行放大的第一顯微放大裝置和用于測(cè)量被拉出磨粒與基體的接觸面積的具有高分辨率的第二顯微放大裝置，該第二顯微放大裝置為三維視頻顯微鏡、激光共聚焦顯微系統(tǒng)或光學(xué)輪廓儀，第一顯微放大裝置的圖像放大倍數(shù)為10-1500倍。

優(yōu)選的，所述力傳感器的測(cè)力范圍為-20-20n，測(cè)力精度大于0.002n；所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率大于1mhz，a/d分辨率大于12bit。

優(yōu)選的，所述光學(xué)平面為l型。

優(yōu)選的，所述連接板為l型。

由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明的測(cè)量裝置，能夠?qū)Τ?xì)磨料與基體材料之間的界面結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行較精確的定量測(cè)量，對(duì)磨拋工具質(zhì)量和壽命的評(píng)價(jià)提供關(guān)鍵參數(shù)，且測(cè)量條件簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，使用成本低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中:1、光學(xué)平板；2、第二滑臺(tái)；3、連接板；4、力傳感器；5、探針；6、被測(cè)試樣；7、樣品臺(tái)；8、第一滑臺(tái)。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

參照?qǐng)D1，一種超細(xì)磨料與基體材料的界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量裝置，包括：光學(xué)平板1、樣品臺(tái)7、探針5、第一滑臺(tái)8、第二滑臺(tái)2、顯微放大系統(tǒng)和測(cè)力裝置等。該光線平板為l型。該樣品臺(tái)7用于粘接被測(cè)試樣6，被測(cè)試樣6為以高分子材料結(jié)合劑為基體的磨拋工具。被測(cè)試樣6所包含的磨料包括金剛石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、氧化鐵、氧化鉻和氧化鈰中的一種或多種組合，其粒徑為0.1μm-0.1mm。

該第一滑臺(tái)8固定于光學(xué)平板1底部，其頂部連接驅(qū)動(dòng)樣品臺(tái)7在xoy平面移動(dòng)以調(diào)整被測(cè)試樣6位置。第一滑臺(tái)8設(shè)有步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制傳動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)使第一滑臺(tái)8沿x軸、y軸移動(dòng)，其步進(jìn)精度大于1μm。該顯微放大系統(tǒng)包括安裝于樣品臺(tái)7周圍，用于對(duì)被測(cè)試樣6進(jìn)行放大的第一顯微放大裝置和用于測(cè)量被拉出磨粒與基體接觸面積的具有高分辨率的第二顯微放大裝置，該第二顯微放大裝置為三維視頻顯微鏡、激光共聚焦顯微系統(tǒng)和光學(xué)輪廓儀。該第一顯微放大裝置的圖像放大倍數(shù)為10-1500倍。

該探針5通過(guò)連接板3與第二滑臺(tái)2相連，其底端朝向樣品臺(tái)7。該連接板3為l型。探針5為硬質(zhì)材料制成的探針，其底端為平面狀、弧形凸起狀或弧形凹陷狀，端面直徑為0.1μm-0.5mm。

該第二滑臺(tái)2固定于光學(xué)平板1側(cè)部且驅(qū)動(dòng)連接板3沿z軸升降，使得探針5與被測(cè)試樣6上的單顆磨粒粘接或?qū)⒛チ母叻肿踊w中拉出。第二滑臺(tái)2設(shè)有步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制傳動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)使第二活動(dòng)沿z軸升降，其步進(jìn)精度大于0.3μm。

測(cè)力裝置包括力傳感器4、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡和主機(jī)，該力傳感器4與探針5頂端相連以檢測(cè)拉力，力傳感器4安裝于連接板3上，其采用kistler9203力傳感器4，測(cè)力范圍為-20-20n，測(cè)力精度大于0.002n；該電荷放大器與力傳感器4相連以進(jìn)行數(shù)據(jù)放大；該數(shù)據(jù)采集卡與電荷放大器相連以進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率大于1mhz，a/d分辨率大于12bit。該主機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡相連以根據(jù)拉力和接觸面積計(jì)算界面結(jié)合強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明裝置的測(cè)量步驟如下：

1)將被測(cè)試樣6粘接在樣品臺(tái)7上；

2)通過(guò)顯微放大系統(tǒng)觀察進(jìn)行觀察，操縱第一滑臺(tái)8驅(qū)使樣品臺(tái)7沿x軸、y軸滑動(dòng)，使得被測(cè)試樣6中的某顆磨粒對(duì)準(zhǔn)探針5端面；

3)在探針5端面涂上環(huán)氧樹脂膠，通過(guò)第二滑臺(tái)2驅(qū)使探針5下降，驅(qū)使其端面與對(duì)準(zhǔn)的磨粒頂部緊密接觸，并在環(huán)氧樹脂膠作用下，使二者粘接；

4)啟動(dòng)測(cè)力裝置，控制第二滑臺(tái)2驅(qū)使探針5以20μm/s的速度沿垂直于磨粒與探針5的接觸界面方向?qū)⒛チ谋粶y(cè)試樣6的基體中拉出，并通過(guò)測(cè)力裝置檢測(cè)探針5在拉出磨粒過(guò)程中所需的拉力f；

5)通過(guò)顯微放大系統(tǒng)測(cè)量被拉出磨粒與基體的接觸面積s，結(jié)合拉力f根據(jù)σ＝f/s計(jì)算界面結(jié)合強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明以被測(cè)試樣6為含40微米金剛石磨料，以海藻酸鈉為基體的拋光墊試樣以測(cè)量金剛石磨料與海藻酸鈉基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，所采用的探針5的直徑為0.19mm，其端面為平面狀，采用本發(fā)明裝置測(cè)量得到界面結(jié)合強(qiáng)度為0.026gpa。

上述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。