本实用新型涉及一种超细磨料与基体材料的界面结合强度测量装置。
背景技术：
界面结合强度是反映材料界面的一种特性，指的是抵抗界面被机械分离的能力。在磨抛工具中，磨料与基体的结合强度表现为磨料仍然能够镶嵌在结合剂基体表面的能力，是评价工具质量最关键的指标，是保证工具满足其力学、物理和化学等使用性能的基本前提。目前，对于磨料和基体之间界面结合强度的检测多集中于大颗粒单晶金刚石和不同胎体之间的界面，严重缺乏针对超细磨料与高分子材料基体之间界面界面结合强度的测量装置。
随着对工件加工精度的要求越来越高，各种超细磨料和高分子材料基体得到广泛的应用。针对超细磨料与高分子材料基体之间界面结合强度的精确测量日益成为关注的焦点，因此相应的精确测量的装置也成为研发的重点。
技术实现要素：
本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种超细磨料与高分子材料基体界面结合强度的测量装置。本实用新型提供的装置能够对超细磨料与高分子材料基体之间的界面结合强度进行较为精确的定量测量，且设备结构简单，测量精度较高，维护方便，测试成本低。
本实用新型采用如下技术方案：
一种超细磨料与基体材料的界面结合强度测量装置，其特征在于，包括：光学平板、样品台、探针、第一滑台、第二滑台、显微放大系统和测力装置；该第一滑台固定于光学平板底部，其顶部连接驱动样品台在XOY平面移动以调整被测试样位置；通过显微放大系统对被测试样进行放大及测算被拉出磨粒与基体的接触面积；该探针通过连接板与第二滑台相连，其底端朝向样品台；该第二滑台固定于光学平板侧部且驱动连接板沿Z轴升降使得探针与被测试样上的单颗磨粒粘接或将磨粒从高分子基体中拉出；测力装置包括力传感器、电荷放大器、数据采集卡和主机，该力传感器与探针相连以检测拉力，该电荷放大器与力传感器相连，该数据采集卡与电荷放大器相连，该主机与数据采集卡相连；根据拉力和接触面积计算界面结合强度数据。
优选的，所述被测试样为以高分子材料结合剂为基体的磨抛工具。
优选的，所述被测试样所包含的磨料包括金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化锆、氧化铁、氧化铬和氧化铈中的一种或多种组合，其粒径为0.1μm-0.1mm。
优选的，所述探针为硬质材料制成的探针，其底端为平面状、弧形凸起状或弧形凹陷状，端面直径为0.1μm-0.5mm；所述探针顶端与所述力传感器连接。
优选的，所述第一滑台设有步进电机，其步进精度大于1μm；第二滑台设有步进电机，其步进精度大于0.3μm。
优选的，所述显微放大系统包括安装于样品台周围对被测试样进行放大的第一显微放大装置和用于测量被拉出磨粒与基体的接触面积的具有高分辨率的第二显微放大装置，该第二显微放大装置为三维视频显微镜、激光共聚焦显微系统或光学轮廓仪等，第一显微放大装置的图像放大倍数为10-1500倍。
优选的，所述力传感器的测力范围为-20-20N，测力精度大于0.002N；所述数据采集卡的采样频率大于1MHz，A/D分辨率大于12Bit。
优选的，所述光学平面为L型。
优选的，所述连接板为L型。
由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型的测量装置，能够对超细磨料与基体材料之间的界面结合强度进行较精确的定量测量，对磨抛工具质量和寿命的评价提供关键参数，且测量条件简单，操作简便，使用成本低。
附图说明
图1为本实用新型测量装置的结构示意图；
其中:1、光学平板；2、第二滑台；3、连接板；4、力传感器；5、探针；6、被测试样；7、样品台；8、第一滑台。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。
参照图1，一种超细磨料与基体材料的界面结合强度测量装置，包括：光学平板1、样品台7、探针5、第一滑台8、第二滑台2、显微放大系统和测力装置等。该光线平板为L型。该样品台7用于粘接被测试样6，被测试样6为以高分子材料结合剂为基体的磨抛工具。被测试样6所包含的磨料包括金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化锆、氧化铁、氧化铬和氧化铈中的一种或多种组合，其粒径为0.1μm-0.1mm。
该第一滑台8固定于光学平板1底部，其顶部连接驱动样品台7在XOY平面移动以调整被测试样6位置。第一滑台8设有步进电机和传动结构，通过步进电机控制传动结构驱使第一滑台8沿X轴、Y轴移动，其步进精度大于1μm。
该显微放大系统包括安装于样品台7周围用于对被测试样6进行放大的第一显微放大装置和用于测算被拉出磨粒与基体的接触面积的具有高分辨率的第二显微放大装置，该第二显微放大装置为三维视频显微镜、激光共聚焦显微系统和光学轮廓仪等。第一显微放大装置的图像放大倍数为10-1500倍。
该探针5通过连接板3与第二滑台2相连，其底端朝向样品台7。该连接板3为L型。探针5为硬质材料制成的探针，其底端为平面状、弧形凸起状或弧形凹陷状，端面直径为0.1μm-0.5mm。
该第二滑台2固定于光学平板1侧部且驱动连接板3沿Z轴升降，使得探针5与被测试样6上的单颗磨粒粘接或将磨粒从高分子基体中拉出。第二滑台2设有步进电机和传动结构，通过步进电机控制传动结构驱使第二活动沿Z轴升降，其步进精度大于0.3μm。
测力装置包括力传感器4、电荷放大器、数据采集卡和主机，该力传感器4与探针5顶端相连以检测拉力，力传感器4安装于连接板3上，其采用
Kistler9203力传感器4，测力范围为-20-20N，测力精度大于0.002N；该电荷放大器与力传感器4相连以进行数据放大；该数据采集卡与电荷放大器相连以进行数据采样，数据采集卡的采样频率大于1MHz，A/D分辨率大于12Bit。该主机与数据采集卡相连；根据拉力和接触面积计算界面结合强度数据。
本实用新型装置的测量步骤如下：
1)将被测试样6粘接在样品台7上；
2)通过显微放大系统观察进行观察，操纵第一滑台8驱使样品台7沿X轴、Y轴滑动，使得被测试样6中的某颗磨粒对准探针5端面；
3)在探针5端面涂上环氧树脂胶，通过第二滑台2驱使探针5下降，驱使其端面与对准的磨粒顶部紧密接触，并在环氧树脂胶作用下，使二者粘接；
4)启动测力装置，控制第二滑台2驱使探针5以20μm/s的速度沿垂直于磨粒与探针5的接触界面方向将磨粒从被测试样6的基体中拉出，并通过测力装置检测探针5在拉出磨粒过程中所需的拉力F；
5)通过显微放大系统测量被拉出磨粒与基体的接触面积S，结合拉力F根据σ＝F/S计算界面结合强度数据。
本实用新型以被测试样6为含40微米金刚石磨料，以海藻酸钠为基体的抛光垫试样以测量金刚石磨料与海藻酸钠基体之间的界面结合强度，所采用的探针5的直径为0.19mm，其端面为平面状，采用本实用新型装置测量得到界面结合强度为0.026GPa。
上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。