高精元件亚表面损伤层微裂纹机理全息反演研究

高精元件广泛应用于能源、空间、国防装备、集成电路与MEMS等领域，高精元件表面存在的亚表面损伤日益成为制约该类元件性能发挥的瓶颈。以高精元件亚表面损伤层微裂纹为研究对象，在腐蚀法检测亚表面损伤的基础上，结合复杂表面微观形貌分形插值方法与腐蚀逆向演化有限差分模型，提出一种高精元件亚表面损伤层微裂纹全息反演研究方法与理论；进而研究典型高精元件亚表面损伤层微裂纹全息分布规律与表征方法，并依据亚表面损伤层微裂纹全息表征参数，结合加工工艺与材料性能，探索亚表面损伤层微裂纹形成与生长的内在机理。本课题提出的亚表面损伤层微裂纹全息反演研究方法与理论可适用于各种面型高精元件亚表面损伤层微裂纹全息的检测，其结果不仅为亚表面损伤层微裂纹机理研究提供一种新的思路，还为改善高精元件加工工艺、减少亚表面损伤层微裂纹打下基础。

高精元件广泛应用于能源、空间、国防装备、集成电路与MEMS等领域，加工工艺所导致的亚表面损伤日益成为制约该类元件性能发挥的瓶颈。以高精元件亚表面损伤层微裂纹为研究对象，研究工作主要集中在五个方面：.（1）研究了人工制作微裂纹、磨削抛光等具有亚表面损伤的表面在腐蚀过程中的形貌和粗糙度及对应的微裂纹参数的变化规律，结果表明裂纹首先因腐蚀而逐渐打开，表面粗糙度值升高，随后裂纹开始交错融合，表面变得逐渐平滑，表面粗糙度值减小；（2）在重构裂纹腐蚀形貌基础上，编制腐蚀过程逆向演化有限差分算法，采用单一人造裂纹腐蚀试验对算法进行验证，随后通过比较亚表面损伤微裂纹长度、深度和残差平方和的实验与计算值，对有限差分算法进行改进和评估，提出一种高精元件亚表面损伤层微裂纹全息反演研究方法与理论；（3）基于图像处理技术，提出一种包括亚表面损伤微裂纹长度、宽度、深度、角度、密度等参数的表征参数体系，进而提出一种球面光学元件亚表面损伤微裂纹表征参数的计算方法。对抛光样品的亚表面损伤信息进行完整表征，得到了微裂纹的长度、深度、角度的分布特征和规律；（4）在不同的磨削工艺下加工K9玻璃样品，研究高精光学元件亚表面损伤微裂纹参数对其光学特性的影响，进而建立工艺参数、亚表面损伤参数及表面光学特性的关系，并通过数值计算对这些变化规律给出了解释；（5）采用不同的加工工艺制造出不同粗糙度的传感器基底，利用该基底制造微型传感器，分析表面粗糙度对传感器相关响应的影响，总结了表面微观特征对传感器性能的影响方式。.本课题提出的亚表面损伤层微裂纹全息反演研究方法与理论不仅为亚表面损伤层微裂纹机理研究提供了一种新的思路，也为减少高精元件亚表面损伤层微裂纹、提高表面使用性能，优化高精元件加工工艺打下坚实的基础。