一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统技术方案

本发明专利技术属于工程材料与力学技术领域，具体涉及一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统。将PDMS硅橡胶40

【技术实现步骤摘要】
一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统


[0001]本专利技术属于工程材料与力学
，具体涉及一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统。

技术介绍

[0002]近年来，低温工业的蓬勃发展不断激发着人们对低温条件下相关工程材料力学性能和行为的研究兴趣。与此同时，实现低温下的应变测量和变形机制观测对评估相关材料的性能和设计低温科学装置起着至关重要的作用。虽然引伸计在诸多低温大变形加载设计中得到了广泛的应用，但由于其接触式、单轴和局部平均响应的局限性，在许多实验中已逐渐被更先进的数字图像相关(DIC)技术所取代。DIC技术自20世纪80年代由南卡罗来纳大学提出以来，已被广泛应用于各种观测尺度和温度环境下的形状、运动和变形测量。经过不断的改进，该方法已具有许多无可比拟的优点，包括：装置简单，易于实现，全场原位观测，对环境振动和光线变化的鲁棒性强，适用范围广，时空分辨率可调等。散斑，是制备在样品上的一种随机特征图案，其在DIC实验中起着变形信息载体的作用。近年来，越来越多的研究人员开始意识到DIC测量精度不仅取决于相关算法，而更取决于散斑图的质量和稳定性。由于被测材料种类、观测空间尺度、温度环境等的巨大多样性，散斑图案的质量和稳定性通常是DIC技术可否应用于相关实验的决定性条件。
[0003]常用的喷漆，UV打印，水转印，旋涂，刮擦，荧光等散斑制备工艺可以满足绝大多数常规实验的测试需求。然而针对一些特殊环境，尤其是极端温度情况，往往需要做进一步的特殊处理和改进。
[0004]Thai等人在大理石板上和石磨棒喷涂白色耐高温涂料，通过一种高温下反射光谱滤波和调整曝光时间的方法，实现了超1000度环境下的DIC应变观测。与此同时，利用喷涂氧化铝涂料的方法，Wang等人对C/C复合材料拉伸试样在2000℃温度下实现了应变观测。最终，在Pan等人的工作中，他们提出了一种TaC散斑，并结合窄带滤波技术，实现了3000℃度高温下的DIC应变观测。可以看到，对于超高温环境下的散斑制备和DIC实验的数字信号获取、后处理技术已经有了较为详尽的研究。
[0005]与之相反的，由于绝大多数材料在超低温环境下都会变硬和变脆，散斑本身性能的变化会直接降低其在低温下的可适用应变范围。对于一些常用不锈钢材料如304和316LN，或者大多数高熵合金材料，它们在低温下的断裂延伸率都已超过20%。因此，要实现对此类材料低温变形过程的应变观测，散斑的应变承受能力就必须要超过样品本身。WU的工作是DIC在低温大变形实验中的一个非常成功的应用，他们分析结合DIC应变结果分析了77K下FeMnNiCoCr合金单晶的特殊硬化行为，但是其采用的刮擦散斑制备方法本身对样品会有所损伤且每个应变观测梯度都需要重新卸载样品再次重制散斑。除此之外，Yuan和Cong等人也在低温下借助黑/白喷漆散斑实现了DIC应变观测实验。但是总体上来说，暂时还没有专门针对液氮温度甚至液氦温度下大变形过程的散斑质量评估和制备优化的研究。
[0006]为了克服上述缺陷，特提出本申请。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种低温大变形散斑的制备工艺、散斑及光路观测系统，以解决在超低温大变形DIC应变观测过程中的散斑脱落和开裂的技术难题。
[0008]本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供一种低温大变形散斑的制备工艺，包括以下步骤：将PDMS硅橡胶40
‑
50wt%，固化剂3
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6wt%和二氧化钛颗粒45
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55wt%混合后得到第一混合液；将所述第一混合液滴至带材中心后采用旋涂工艺进行涂层，将所述第一混合液均匀粘附在带材表面得到散斑样品；将所述散斑样品以1
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2℃/s的速度升温至100
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120℃，保温1.5
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2.5h后冷却，得到适用于超低温大变形环境的散斑样品。
[0009]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述在制备第一混合液中，原料的重量百分比为：PDMS硅橡胶45wt%，固化剂5wt%和二氧化钛颗粒50wt%。
[0010]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述第一混合液滴至带材中心后旋转的速度为用5000
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7000r/min，时间为3
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6min。
[0011]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述二氧化钛颗粒为圆形颗粒，粒径为30~100μm。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种散斑，上述散斑由上述制备工艺制备得到。
[0013]第三方面，本专利技术提供一种散斑的光路观测系统，包括光路发光装置和光路成像装置。
[0014]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述光路发光装置包括在距离散斑由远到近依次线性设置的LED光源、隔热玻璃和起偏器。
[0015]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述光路成像装置包括在距离散斑由远到近依次线性设置的摄像机和检偏器。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下技术效果：本专利技术的一种低温大变形散斑的制备工艺，因为PDMS硅橡胶在凝固前的低粘度使得其具备了掺杂其他硬质颗粒获得混合悬浊液的可能，经过旋涂和烘烤，硅橡胶体积减小，在样品表面凝固。同时，白色二氧化钛颗粒会随机分布在带材表面，被其周围固化的硅橡胶粘附在试样上，由于PDMS硅橡胶本身具有很高的透光率，它在光路中几乎不可见，只留下零星的白点在样品表面，由此可以得到较理想的散斑图案。另一方面，二氧化钛颗粒混坚韧且颗粒较小，几乎不可能破碎，在利用橡胶的粘附和固定作用，可以同时解决散斑图案在低温下的开裂和脱落问题。
[0017]本专利技术的第二目的在于提供一种散斑，该散斑使得DIC原位应变观测方法在相关材料的超低温大变形极端实验环境下的应用有了更多的空间和可能性。
[0018]本专利技术的第三目的在于提供一种散斑的光路观测系统，该光路观测系统可以有效地消除大部分杂散光和来自样本表面镜面反射的影响，从而显著提高图像的信噪比。
附图说明
[0019]图1为实施例1中制得的适用于超低温大变形环境的散斑其微观形貌图；
图2为实施例1中制得的适用于超低温大变形环境的散斑显微镜实物图及局部显微镜放大图；图3为实施例1的光路观测系统示意图；图4为实施例1的光路系统下采用不同偏振角度对样品进行拍摄，得到的样品表面斑点效果图；其中偏振角度分别为(a)0
°
,(b)30
°
,(c)60
°
和(d)90
°
；图5为不同光路在同等打光效果下对样品低温环境的影响示意图；图6为对比例1中制得的散斑图；图7为实施例1中制得的散斑图；图8为对比例2中制得的散斑图；图9为实施例1的散斑DIC的计算应变云图结果图；图9（a）为实施例1的散斑在温度300K下的应变云图，图9（b）为实施例1的散斑在温度20K下的应变云图；图10为对比例3
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5的散斑DIC的计算应变云本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温大变形散斑的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：将PDMS硅橡胶40
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50wt%，固化剂3
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6wt%和二氧化钛颗粒45
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55wt%混合后第一混合液；将所述第一混合液滴至带材中心后采用旋涂工艺进行涂层，所述第一混合液均匀粘附在带材表面得到散斑样品；将所述散斑样品以1
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2℃/s的速度升温至100
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120℃，保温1.5
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2.5h后冷却，得到适用于超低温大变形环境的散斑样品。2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，在制备所述第一混合液中，原料的重量百分比为：PDMS硅橡胶45wt%，固化剂5wt%和二氧化钛颗粒50wt%。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴义，杨进波，李毅豪，刘伟，邓吉华，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：