一种高温光栅的制作及转移方法

专利名称：一种高温光栅的制作及转移方法
技术领域：
本发明涉及一种高温光栅的制作方法，属于光测力学、工程材料、构件变形和位移测试技术领域。
背景技术：
云纹干涉方法是上个世纪80年代初发展起来的一种现代光学测量方法，由于具有波长量级位移精度、非接触、全场实时观测的优点，广泛应用于材料科学、断裂力学、微电子封装等领域，是一种基于试件表面云纹条纹图像分析获得被测表面变形场的测量方法。而作为变形载体光栅的制作一直以来得到研究者的广泛关注，尤其涉及到高温变形测量中高温光栅的制作。中国专利文献公开了“一种高温全息光栅及其制造方法”(中国专利号93106837.1)、“一种双频率高温光栅的制作方法”(中国专利号200610113298.2)和一种高温云纹光栅的制作方法(中国专利号200910135728.4)等。上述各种方法存在光路复杂、难调节，高温光栅制作成本过高和刻蚀难以控制等不足，因此需要发展一种高温光栅的制作及转移方法，该方法可以实现高温栅的制作以及方便地转移到试样表面上。

发明内容
本发明的目的是提供一种高温光栅的制作及转移方法，使其制作简单、成本低、可实现大批量生产。本发明的技术方案如下:一种高温光栅的制作及转移方法，其特征在于该方法包括如下步骤:I)在硬基体上均匀涂覆一层正胶光刻胶，将硬基体放入全息制栅光路中进行曝光，然后进行显影形成全息光栅；2)通过电铸技术直接在硬基体全息光栅上电铸，脱膜制得电铸全息光栅模板；3)取另一硬基体，在该硬基体上涂覆纳米热压印光刻胶，然后放入热压印平台上，再将电铸全息光栅模板放在涂有纳米热压印光刻胶的硬基体上，设定压印温度范围110°C 130°C，压力范围35MPa 45MPa，然后进行热压印，在硬基体表面得到全息光栅；4)将表面含有全息光栅的硬基体放入真空蒸镀机内进行蒸镀，在光栅表面形成高温光栅金属膜；5)试样表面用砂纸进行粗抛，将高温粘结剂涂在试样表面，然后将高温光栅金属膜粘接在试样表面，放入高温炉内高温固化，升温速率2V /分 3°C /分，升温到170°C恒温时间为3 4小时，然后自然冷却；所述的高温粘结剂采用聚硅氮烷和碳化硼粉的混合物；6)将硬基体从试件上剥离，高温光栅金属膜直接转移到试样表面。本发明所述的聚硅氮烷和碳化硼粉的混合物的优选质量比为1:2。所述的纳米热压印光刻胶优选采用SU-8光刻胶。所述的硬基体优选为玻璃或硅片。所述的高温光栅金属膜为铬膜。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果:以前所研究的光栅制作方法中一般都是在试件上直接制作光栅，对试样表面要求高，且需要曝光、显影或者刻蚀等复杂工艺。本发明是将电铸全息光栅作为模板，通过热压印将光栅压印到硬基体上，然后蒸镀高温膜，最后通过高温转移直接将高温光栅转移到试样表面。此高温光栅可大批制作，制作成本低，操作简单、成功率高，适用于不同形状试样高达700°C高温光栅的制作。


图1为本发明的操作工艺流程图。图2为高温粘结剂固化工艺流程图。图3为高温(500°C)云纹条纹图。
具体实施例方式现结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。图1为本发明的操作工艺流程图，具体实施步骤如下:本发明提供的一种高温光栅的制作及转移方法，该方法具体包括如下步骤:I)在硬基体上均匀涂覆一层正胶光刻胶，将硬基体放入全息制栅光路中进行曝光，然后进行显影形成全息光栅；硬基体可以采用玻璃或硅片等；2)通过电铸技术直接在硬基体全息光栅上电铸，脱膜制得电铸全息光栅模板；3)取另一硬基体，在该硬基体上涂覆纳米热压印光刻胶，然后放入热压印平台上，再将电铸全息光栅模板放在涂有纳米热压印光刻胶的硬基体上，设定压印温度范围110°C 130°C，压力范围35MPa 45MPa，然后进行热压印，在硬基体表面得到全息光栅；纳米热压印光刻胶可采用SU-8光刻胶或其它热塑性光刻胶；4)将表面含有全息光栅的硬基体放入真空蒸镀机内进行蒸镀，在光栅表面形成高温光栅金属膜或其它抗氧化性金属膜；5)试样表面用砂纸进行粗抛，将高温粘结剂涂在试样表面，该高温粘结剂可采用聚硅氮烷和碳化硼粉混合物，聚硅氮烷和碳化硼粉的质量比优选采用1:2，也可采用其它的高温粘结剂；然后将高温光栅金属膜粘接在试样表面，放入高温炉内进行高温固化，控制升温速率2°C /分_3°C /分，升温到170°C恒温时间为3-4小时，然后自然冷却；6)将硬基体从试件上剥离，高温光栅金属膜即可直接转移到试样表面。实施例:试件材料为高温镍基合金，选择一块65mmX 65mm的玻璃，利用甩胶机在玻璃基底表面均匀涂覆一层正胶光刻胶，甩胶速度为4000转/分。将玻璃基底放在全息制栅光路中的干涉面固定架上，设定曝光时间为50s左右，曝光完毕后放入浓度为5%的正胶显影液中进行显影，显影液型号为KMP PD238-1I，显影时间为6s左右。通过电铸技术直接在玻璃基体全息光栅上电铸，脱膜制得电铸全息光栅模板；然后利用热压印机将电铸全息光栅模板上的光栅形貌直接压印到表面涂有SU-8光刻胶的玻璃基底上，压印温度和压力分别为120°C和40MPa，将压印好的表面含有全息光栅的玻璃基底放入真空镀膜机内蒸镀一层厚度约为1000埃的铬膜。利用抛光机对试样进行粗抛，砂纸为200#。将质量比为1:2的聚娃氮烧和碳化硼粉的混合物涂在试样表面，利用加载装置将含有全息光栅的玻璃基底表面与其粘结，利用图2所示的高温固化曲线进行高温固化，固化完毕去除玻璃基底，高温光栅金属膜留在试样表面上，用丙酮将残留光刻胶去除，高温试件栅制作完毕。图3为高温(500°C)云纹条纹图。
权利要求
1.一种高温光栅的制作及转移方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)在硬基体上均匀涂覆一层正胶光刻胶，将硬基体放入全息制栅光路中进行曝光，然后进行显影形成全息光栅； 2)通过电铸技术直接在硬基体全息光栅上电铸，脱膜制得电铸全息光栅模板； 3)取另一硬基体，在该硬基体上涂覆纳米热压印光刻胶，然后放入热压印平台上，再将电铸全息光栅模板放在涂有纳米热压印光刻胶的硬基体上，设定压印温度范围110°C 130°C，压力范围35MPa 45MPa，然后进行热压印，在硬基体表面得到全息光栅； 4)将表面含有全息光栅的硬基体放入真空蒸镀机内进行蒸镀，在光栅表面形成高温光栅金属膜； 5)试样表面用砂纸进行粗抛，将高温粘结剂涂在试样表面，然后将高温光栅金属膜粘接在试样表面，放入高温炉内高温固化，升温速率2V /分 3°C /分，升温到170°C恒温时间为3 4小时，然后自然冷却；所述的高温粘结剂采用聚硅氮烷和碳化硼粉的混合物； 6)将硬基体从试件上剥离，高温光栅金属膜直接转移到试样表面。
2.按照权利要求1所述的一种高温光栅的制作及转移方法，其特征在于:所述的聚硅氮烷和碳化硼粉的混合物的质量比为1:2。
3.按照权利要求1所述的一种高温光栅的制作及转移方法，其特征在于:所述的纳米热压印光刻胶为SU-8光刻胶。
4.按照权利要求1所述的一种高温光栅的制作及转移方法，其特征在于:所述的硬基体为玻璃或硅片。
5.按照权利要求1 4任一权利要求所述的一种高温光栅的制作及转移方法，其特征在于:所述的高温光栅金属膜为铬膜。
全文摘要
一种高温光栅的制作及转移方法，属于光测力学技术领域。本发明的技术特点是通过全息光栅制作、电铸、压印、镀膜和转移的方法在试样表面制作高温光栅，只需制作全息光栅模板，即可在试样表面制作出高温光栅，无需对试件表面进行精细抛光处理，因此操作简单、容易实现；有效克服了现有技术中直接在试样表面制作高温光栅所带来的光路复杂、难调节、高温光栅制作成本高和刻蚀难以控制等不足和缺陷。
文档编号G03F7/20GK103149614SQ20131007071
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者谢惠民, 王怀喜, 戴相录 申请人:清华大学