碳化硅磨削亚表面损伤检测方法

反应烧结碳化硅(reaction　bonded　SiC，RBSiC)作为一种复合材料，具有密度低、比刚度大、热膨胀系数小、导热性好、强度和硬度大等优良特性，是制作空间反射镜，尤其是大口径空间反射镜的首选材料之一。

RBSiC材料硬度大、机械加工性能较差，磨削依然是加工RBSiC最常用的方法。硬脆材料磨削过程易在材料的亚表面引入损伤，这些损伤会造成材料强度的下降。受反射镜发射过程中振动冲击的作用，这些损伤扩展后造成镜体失效。空间反射镜发射与工作条件较差，镜体应有良好的耐热和抗振动冲击的性能，因此要求反射镜加工过程中材料无亚表面损伤。

为了了解RBSiC磨削亚表面损伤的产生机理和分布，学者对脆性材料加工亚表面损伤检测做了大量研究，提出了许多检测方法，包括破坏性检测方法和非破坏性检测方法。

破坏性检测方法是检测亚表面损伤最为直接有效的方法，采用无损伤方法(如化学/电化学抛光等)将被检测样品亚表面暴露出来，经过一定的处理(如腐蚀等)使样品内部的损伤显现出来，然后直接检测损伤。此类方法能够直观观测和准确分析亚表面损伤的形态和分布特征，在研究加工方法与加工参数对损伤的影响方面有着不可替代的作用。

破坏性检测方法目前主要包括截面显微观测法、角度抛光法、磁流变抛光斑点技术等。非破坏性检测方法包括全内反射强度检测技术、激光散射法和X射线衍射法等方法。与破坏性检测方法相比，非破坏性检测方法测量结果不够直观，更适合用于生产中的质量检测。

RBSiC是一种复合材料，材料中均匀地分布着颗粒SiC相和游离Si相。这两相力学性能不同，两相之间相互作用使裂纹的产生扩展十分复杂。为了更好地理解RBSiC磨削过程中，其亚表面损伤的形成机理，分别采用截面显微观测法和角度抛光法观测了磨削后RBSiC的亚表面损伤。

截面显微法

所谓截面显微法就是通过对与待检测表面垂直的表面进行研磨抛光，然后借助光学显微镜观察抛光表面上的损伤信息。实验工艺流程为：使用STX2602型金刚石线切割机将磨削后的试样切割成6mm×10mm×5mm并切割出同样大小的抛光硅片作为陪片;用M2BOND　610专用树脂胶将磨削表面和抛光面对粘在一起，将粘贴好的试样粘贴在试样固定平台上;分别采用M10/20和M2.5/5的金刚石研磨盘对试样截面进行研磨，然后采用M0/0.5的金刚石研磨膏进行抛光;最后利用OLYMPUS　MX40光学显微镜对截面损伤进行观测。图1所示为截面显微观测法的示意图。在试样的研磨抛光工序中，要求不能引入新的损伤，所以为了研究该工艺的试验效果，在每道工序后观察了截面的情况。

截面显微观测法示意图

角度抛光法

角度抛光法与截面显微观测法类似，都是通过对材料进行研磨抛光观测亚表面的损伤信息。不同的是，角度抛光法中，应将试样倾斜一个小角度，通过对倾斜平面进行研磨抛光以观察亚表面损伤。这个倾斜的角度实际上起到了放大损伤测量的作用。本研究中试样倾角为11°，如果在斜面上测量出损伤的长度为L，则亚表面损伤深度d=Lsin11°。其他试验过程与显微截面法相同。试验原理和试验所用夹具如图2所示。

角度抛光试样制备专用夹具与检测原理