Page 68 - 理化检验-物理分册2020年第二期

李 松, 等: 光学组件反射镜开裂原因分析

１．２ 剪切强度试验
２ 分析与讨论
DGＧ４ 为双组分环氧胶, A 组分为环氧树脂, B
组分为胺类固化剂. A , B 的质量比为 １~２∶１ , 固化 该批次光学组件中反射镜开裂的原因可分为内
条件为室温放置 ４８h 或 ６０ ℃ 保温 ４h . 在因素和外在因素, 内在因素为反射镜的自身缺陷,
将 DGＧ４ 按 照 A , B 组 分 质 量 比 为 １∶１ , 外在因素可分为外部应力和内部应力.对 ３ 个批次
１．５∶１ , ２∶１的 配 比 制 成 两 组 剪 切 强 度 试 样, 在 光学组件中反射镜的尺寸、 折射率、 色散系数进行测
试, 由 表 １ 可 见 故 障 批 次 １７０１ 批 与 无 故 障 批 次
６０ ℃ 保温 ４ h 进 行 固 化. 按 照 GB / T ７１２４－
２００８ « 胶粘剂 拉伸 剪 切 强 度 的 测 定 ( 刚 性 材 料 对 １６０１ 批及 １６０２ 批的测试结果无明显差异, 说明反
刚性材 料 )», 使 用 INSTRON５５８１ 型 电 子 拉 力 射镜质量稳定, 排除反射镜自身缺陷导致反射镜开
试验机 对 试 样 进 行 剪 切 强 度 试 验, 结 果 分 别 为 裂的可能性.
３２．４ , ３５．１ , ２４．０ MPa . 表 １ 反射镜光学性能测试结果
１．３ 硬度测试 Tab敭１ O p tical p ro p ertiestestresultsofreflector
批次编号 尺寸 折射率 色散系数 / p s ( nm km ) －１
将 DGＧ４ 按照 A , B 组分质量比为 １∶１ , １．５∶１ ,
２∶１ 的配比制成两组硬度测试试样, 一组室 温放置 １７０１ 合格 １．６２０ ５６．７
４８h 进行固化, 另一组６０℃ 保温４h 进行固化.按 １６０１ 合格 １．６２０ ５６．７
照 GB / T２４１１－２００８ « 塑料和硬橡胶 使用硬度计测 １６０２ 合格 １．６２０ ５６．７
定压痕硬度( 邵氏硬度)», 使用 TIME TH２１０ 型邵
DGＧ４ 在 固 化 过 程 中 因 体 积 以 及 黏 弹 性 变 化
氏硬度计对试样进行硬度测试, 结果分别为 ７３ , ７８ ,
会产生固化应力 [ ３Ｇ４ ] , 其固化过程中的固化应力不
７３HD .
断增大, 完 全 固 化 后, 应 力 达 到 最 大 值, 会 对 被 黏
对故 障 批 次 １７０１ 批、 无 故 障 批 次 １６０１ 批 及
物体产生 影 响.在 光 学 组 件 胶 接 时, 收 缩 性 胶 黏
１６０２ 批黏接反射镜留存的 DGＧ４ 胶样进行邵氏硬度
剂如 DGＧ４ 的固 化 应 力 形 成 作 用 在 反 射 镜 上 的 拉
试验, 结果分别为 ７７ , ７４ , ７３HD .
应力, 此为其中一种内部应力.在经历高温( 或低
按照 GB / T７９６２．１８－２０１０ « 无色光学玻璃测试
温) 时, 由 于 胶 与 反 射 镜 的 膨 胀 系 数 不 同, 温 度 变
方法 第１８部分: 克氏硬度», 使用 SHMADZU HMVＧ
化过程中, 胶与被黏物体间存在一定热应力, 温度
G 型显微硬度计, 对 １７０１ 批, １６０１ 批以及 １６０２ 批产
变化越快, 热 应 力 越 大.热 应 力 为 作 用 在 反 射 镜
品的反射镜进行硬度测试.载荷为１．９６N , 测得３批
上的另一种内部应力.
反射镜的硬度分别为５６０ , ５３４ , ５４５HK .
采用体视显微镜观察到反射镜外表面无任何损
１．４ 线膨胀系数试验
伤, 裂纹出现在反射镜通过 DGＧ４ 与探测器黏接的
将 DGＧ４ 按照 A , B 组分质量比为 １．５∶１ 的配比
表面.任何外部应力作用在反射镜上, 造成反射镜
ϕ
制成 规 格 为 ８ mm×１０ mm 的 试 样, 使 用 TA 内表面产生裂纹, 必然会在受力点产生损伤.而该
TMA Q４００ 型线膨胀测试仪进行线膨胀系数测试,
反射镜外表面无任何损伤, 说明反射镜的开裂不是
结果如图 ２ 所示.可见在 ２０~５０ ℃ 时, DGＧ４ 的线
外部应力引起的.
－１
膨胀系数约为 ８０ μ m ( m ℃ ) .
剪切强度试验与 硬 度 测 试 结 果 表 明, DGＧ４ 的
A , B 组分质量配比不同时, DGＧ４ 的剪切强度与硬
度都不相同. A , B 组分质量比为 １．５∶１ 时的剪切强
度与硬度最大. １７０１ 批反射镜黏接留存胶样的硬
度比 １６０１ , １６０２ 批的略大.由此可知, １７０１ 批反射
镜黏接所用 DGＧ４ 中 A , B 组分的实际质量比约为
１．５∶１ .此时, DGＧ４ 的剪切强度与硬度较大, 对反射
镜产生的残余固化拉应力也较大.
环氧树脂与探测器上其他组件材料的线膨胀系
图 ２ DGＧ４ 的热膨胀曲线 数不同, 易导致组件内部产生热应力从而影响探测
Fi g 敭２ Thermalex p ansioncurveofDGＧ４ 器的使用寿命 [ ５ ] . DGＧ４ 在２０~５０℃ 时的线膨胀系
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