CN103076645A - 贴片式云纹光栅的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴片式云纹光栅的制作方法，包括：步骤1：清洁基底的表面并将所述基底可分离地固定在载板上；步骤2：将紫外固化胶均匀涂覆在所述基底上；步骤3：将模板置于所述紫外固化胶上并利用紫外纳米压印机进行压印；步骤4：压印完成且所述紫外固化胶固化后，将所述模板从所述紫外固化胶上脱除且所述基体与固化后的所述紫外固化胶可分离；步骤5：在固化后的所述紫外固化胶上镀功能膜；步骤6：在所述功能膜上可分离地覆盖保护膜。根据本发明实施例的贴片式云纹光栅的制作方法，可制作不同频率、不同截面形状、适用不同服役环境的高精度正交或单向光栅。

Description

贴片式云纹光栅的制作方法

技术领域

本发明涉及测量传感器件制造技术领域，特别涉及一种贴片式云纹光栅的制作方法。

背景技术

科技的发展需要对材料的力学行为有更加清晰的认识，而日益纷杂的材料形态需要测量传感器件更加多元化。转移或直接在被测物体表面制作高频率的光栅对材料进行测量，自1948年几何云纹法的提出至今，已作为材料力学性能测试的主要方法之一，得到了快速的发展，而基于这一理论又发展了云纹干涉法和扫描云纹法，这些方法都需要在试件表面制作高质量的光栅作为物体变形信息的载体。

传统的制栅方法有机械刻划法，该方法利用机械的方法在被测材料表面刻划光栅，对加工设备的精度要求很高，也很难加工高频率的光栅；全息光刻法是在机械刻划法之后发展的光栅制作方法，该方法可以制作高频率的光栅，将光栅制作技术向前推进了一大步，但该方法光学元件较多，光路复杂，光栅的质量很难控制。随着微加工技术的快速发展，产生了多种制栅的方法，其中有电子束刻蚀制栅技术、聚焦离子束刻蚀制栅技术、反应离子刻蚀制栅技术、湿法刻蚀等，如谢惠民等提出了利用聚焦离子束显微镜制作双频率高温光栅的方法。这些方法加工精度高，可以制作较高频率的光栅，但这些方法加工设备昂贵，加工效率低，很难在工程应用中得到推广。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种操作简单、使用方便且可制作不同频率、不同截面形状的正交或单向的贴片式云纹光栅的制作方法。

根据本发明实施例的贴片式云纹光栅的制作方法，包括：

步骤1：清洁基底的表面并将所述基底可分离地固定在载板上；

步骤2：将紫外固化胶均匀涂覆在所述基底上；

步骤3：将模板置于所述紫外固化胶上并利用紫外纳米压印机进行压印；

步骤4：压印完成且所述紫外固化胶固化后，将所述模板从所述紫外固化胶上脱除且所述基体与固化后的所述紫外固化胶可分离；

步骤5：在固化后的所述紫外固化胶上镀功能膜；

步骤6：在所述功能膜上可分离地覆盖保护膜；

步骤7：在被测试工件的表面上涂覆胶水、从固化后的所述紫外固化胶上去除所述基底和所述保护膜中的一个、将所述紫外固化胶或功能膜贴到所述胶水上、然后去除所述基底和所述保护膜中的另一个。

根据本发明实施例的贴片式云纹光栅的制作方法，可制作不同频率、不同截面形状、适用不同服役环境的高精度正交或单向光栅；使用方便，应用范围广，可应用于其他制栅工艺难于制栅的复杂试件表面；工艺简单，制作成本低，效率高，可大批量加工生产。

另外，根据本发明上述实施例的贴片式云纹光栅的制作方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述保护膜与所述功能膜之间的粘结强度与所述基底与所述紫外固化胶之间的粘结强度不同。

根据本发明的一些实施例，所述功能膜为铝膜或铬膜，所述保护膜为静电吸附贴纸或硅油纸，所述基底为柔性基底，所述载板为载玻片。

根据本发明的一些实施例，所述模板为聚二甲基硅氧烷模板。

根据本发明的一些实施例，当所述被测试件的环境温度大于等于200℃时，从所述紫外固化胶上去除所述基底，将所述紫外固化胶贴到所述胶水上，然后去除所述保护膜。

根据本发明的一些实施例，当所述被测试件的环境温度小于200℃时，从所述紫外固化胶上去除所述保护膜，将功能膜贴到所述胶水上，然后去除所述基底。

根据本发明的一些实施例，所述胶水通过甩涂涂覆到所述被测试工件的表面上。

根据本发明的一些实施例，所述紫外固化胶通过甩涂涂覆到所述基底的表面上。

根据本发明的一些实施例，所述甩涂采用可调节转速的甩涂机进行。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的一个实施例的贴片式云纹光栅的制作方法的流程示意图；

图2a至图2e是本发明的一个实施例的贴片式云纹光栅的制作方法的制作过程示意图；

图3是采用本发明的一个实施例的贴片式云纹光栅的测试被测试件的流程示意图；

图4a至图4c是采用本发明的一个实施例的贴片式云纹光栅测量的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

传统的制栅方法有机械刻划法，该方法利用机械的方法在被测材料表面刻划光栅，对加工设备的精度要求很高，也很难加工高频率的光栅；全息光刻法是在机械刻划法之后发展的光栅制作方法，该方法可以制作高频率的光栅，将光栅制作技术向前推进了一大步，但该方法光学元件较多，光路复杂，光栅的质量很难控制。随着微加工技术的快速发展，产生了多种制栅的方法，其中有电子束刻蚀制栅技术、聚焦离子束刻蚀制栅技术、反应离子刻蚀制栅技术、湿法刻蚀等，如谢惠民等提出了利用聚焦离子束显微镜制作双频率高温光栅的方法。这些方法加工精度高，可以制作较高频率的光栅，但这些方法加工设备昂贵，加工效率低，很难在工程应用中得到推广。

1995年美籍华人Stephen Y.Chou提出纳米压印技术，随着纳米压印技术的快速发展，目前已成为最具前景的纳米制造技术之一。纳米压印技术主要包括紫外纳米压印技术和热压印技术。紫外纳米压印技术是一种在室温、低压环境下利用紫外光固化高分子聚合物的压印技术，相比于热压印技术的高温高压环境要求，紫外纳米压印技术加工温度低、压力小、模板和基片变形小、图形分辨率高。目前，紫外纳米压印设备发展很快，如德国著名纳米加工设备供应商SUSS MicroTec研制的MA6型紫外纳米压印设备，自动化程度高，操作方便。本发明提出了一种新型的贴片式云纹光栅的制作方法。

下面参照附图详细描述本发明的贴片式云纹光栅的制作方法。

如图1和图2所示，本发明的贴片式云纹光栅的制作方法包括如下步骤：

步骤1：清洁基底4的表面，将基底4可分离地固定在平整的载板2上；

步骤2：在基底4上均匀涂覆紫外固化胶3；

步骤3：将模板1置于紫外固化胶3上，利用紫外纳米压印机进行压印；

步骤4：压印完毕后，使紫外固化胶3固化，将模板1从已固化的紫外固化胶3上脱除，其中，基底4与固化后的紫外固化胶3可分离。

步骤5：在已固化的紫外固化胶3上镀功能膜5；

步骤6：在功能膜5上可分离地覆盖保护膜6；

步骤7：在被测试工件7的表面上涂覆胶水8，从固化后的紫外固化胶3上去除基底4和保护膜6的一个，将紫外固化胶3或功能膜5贴到胶水8上，然后去除基底4和保护膜6中的另一个。具体而言，从固化后的紫外固化胶3上去除基底4，将紫外固化胶3贴到胶水8上，然后去除保护膜6；或从固化后的紫外固化胶3上去除保护膜6，将功能膜5贴到胶水8上，然后去除基底4。

根据本发明实施例的采用紫外纳米压印的方法制作光栅，操作简单、使用方便的光栅制作方法，可制作不同频率、不同截面形状的正交和单向光栅。本发明原理简单，加工速度快，精度高，可批量生产。

在本发明中，可通过更换模板1获得不同频率、不同截面形状的正交或单向光栅。

对于不同要求的光栅，选择不同的保护膜6，使保护膜6与功能膜5之间的粘结强度与基底4与紫外固化胶3之间的粘结强度不同，以获得不同的光栅转移方式。

所镀功能膜5可为金属或非金属材料，可根据测试环境的不同镀不同性能的功能膜5，如耐高温材料、增强反射率材料等。具体而言，功能膜5为铝膜或铬膜。

保护膜6为静电吸附贴纸或硅油纸。由此，对于不同的测试环境采用不同的保护膜6，提高了光栅的适用范围。

载板2为载玻片。有利地，基底4为柔性材料，且其粘结力较小，无残留，不破坏光栅。

模板1为聚二甲基硅氧烷模板。由此，便于脱模。

基底4、功能膜5、保护膜6之间的粘结力不同可获得不同的光栅转移模式。

如图4b所示，在本发明的一些具体示例中，当被测试工件7的环境温度大于等于200℃时，从紫外固化胶3胶上去除基底4、将紫外固化胶3贴到胶水8上、然后去除保护膜6。

如图4c所示，当被测试件7的环境温度小于200℃时，从紫外固化胶3上去除保护膜6、将功能膜5贴到胶水8上、然后去除基底4。

胶水8通过甩涂涂覆到被测试工件7的表面上。由此，使胶水8在被测试工件7的表面精确涂覆，提高了测试结果的精度。

根据本发明的一个具体实施例，紫外固化胶3通过甩涂涂覆到基底4的表面上。由此，基底4的上表面上的增加了紫外固化胶3的均匀性。

进一步地，甩涂采用可调节转速的甩涂机进行。调整甩胶机转速获得不同厚度的胶层，进而获得不同厚度的光栅贴片。

下面参照附图详细描述本发明实施例的光栅测量被测试件7的方法。

如图3和图4所示，将被测试件7表面抛光，在被测试件7表面甩涂胶水8，当被测试件7的环境温度大于等于200℃时，从紫外固化胶3胶上去除基底4、将紫外固化胶3贴到胶水8上、然后去除保护膜6。当被测试件7的环境温度小于200℃时，从紫外固化胶3上去除保护膜6、将功能膜5贴到胶水8上、然后去除基底4。

此外，随着功能膜5和胶水8性能的改变，可制作不同服役条件下的光栅贴片，如高温环境等。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：可制作不同频率、不同截面形状、适用不同服役环境的高精度正交或单向光栅；使用方便，应用范围广，可应用于其他制栅工艺难于制栅的复杂试件表面；工艺简单，制作成本低，效率高，可大批量加工生产。

下面介绍本发明实施例的贴片式云纹光栅的制作方法及其测试方法。

实施例1：

模板1为聚二甲基硅氧烷，表面有1200线/毫米的正交光栅，载板2为载玻片，紫外固化胶3为美国EPO-TEK OG154-1紫外固化胶，基底4为硅油纸，功能膜5为铝膜，保护膜6为静电吸附贴纸，试件7为LY12铝合金,胶水8为xy-508环氧胶。将硅油纸两端固定在载玻片上，并在硅油纸上甩涂紫外固化胶3，转速为5000转/分钟并持续50秒。将模板1放于硅油纸上，进行紫外纳米压印，曝光时间为5分钟。去除模板1，用真空镀膜的方法在紫外固化胶3表面沉积一层厚100纳米的铝膜。将静电吸附贴纸贴于铝膜上，保护光栅。将LY12铝合金试件测试表面抛光，甩涂环氧胶。去除光栅贴片底层的硅油纸，将光栅贴于环氧胶上，固化24小时，去除静电吸附贴纸，光栅转移完毕，此时可进行材料常温性能的测量。

实施例2：

模板1为聚二甲基硅氧烷，表面有1200线/毫米的正交光栅，载板2为载玻片，紫外固化胶3为美国EPO-TEK OG154-1紫外固化胶，易脱模的软基底4为静电吸附贴纸，功能膜5为铬膜，保护膜6为硅油纸，试件7为镍基高温合金,胶水8为硅橡胶。将静电吸附贴纸两端固定在载玻片上，并在静电吸附贴纸上甩涂紫外固化胶3，转速为5000转/分钟并持续50秒。将模板放于静电吸附贴纸上，进行紫外纳米压印，曝光时间为5分钟。去除模板，用真空镀膜的方法在紫外固化胶表面沉积一层厚100纳米的铬膜。将硅油纸贴于铬膜上，此时，硅油纸面积略大于光栅面积，使硅油纸部分粘结在静电吸附贴纸上，保护光栅。将镍基高温合金试件测试表面抛光，甩涂硅橡胶。去除光栅贴片顶层的硅油纸，将光栅贴于硅橡胶上，固化24小时，去除静电吸附贴纸，再利用紫外固化胶溶解液浸泡光栅去除紫外固化胶，此时可进行材料高温性能的测量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，包括： 

步骤1：清洁基底的表面并将所述基底可分离地固定在载板上； 

步骤2：将紫外固化胶均匀涂覆在所述基底上； 

步骤3：将模板置于所述紫外固化胶上并利用紫外纳米压印机进行压印； 

步骤4：压印完成且所述紫外固化胶固化后，将所述模板从所述紫外固化胶上脱除且所述基体与固化后的所述紫外固化胶可分离； 

步骤5：在固化后的所述紫外固化胶上镀功能膜； 

步骤6：在所述功能膜上可分离地覆盖保护膜； 

步骤7：在被测试工件的表面上涂覆胶水，从固化后的所述紫外固化胶上去除所述基底和所述保护膜中的一个，将所述紫外固化胶或功能膜贴到所述胶水上，然后去除所述基底和所述保护膜中的另一个。 

2.根据权利要求1所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，所述保护膜与所述功能膜之间的粘结强度与所述基底与所述紫外固化胶之间的粘结强度不同。 

3.根据权利要求1所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，所述功能膜为铝膜或铬膜，所述保护膜为静电吸附贴纸或硅油纸，所述基底为柔性基底，所述载板为载玻片。 

4.根据权利要求1所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，所述模板为聚二甲基硅氧烷模板。 

5.根据权利要求1所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，当所述被测试件的环境温度大于等于200℃时，从所述紫外固化胶上去除所述基底，将所述紫外固化胶贴到所述胶水上，然后去除所述保护膜。 

6.根据权利要求5所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，当所述被测试件的环境温度小于200℃时，从所述紫外固化胶上去除所述保护膜，将功能膜贴到所述胶水上，然后去除所述基底。 

7.根据权利要求1所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，所述胶水通过甩涂涂覆到所述被测试工件的表面上。 

8.根据权利要求1所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，所述紫外固化胶通过甩涂涂覆到所述基底的表面上。 

9.根据权利要求7或8所述的贴片式云纹光栅的制作方法，其特征在于，所述甩涂采用可调节转速的甩涂机进行。 

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