用原子力显微镜扫描测量金刚石刀具半径2014-10-14
用天然金刚石刀具对非铁族金属及非金属材料进行超精密切削加工是一种重要的超精密加工方法.因此,控制金刚石刀具的几何形状,尤其是刀具刃口半径参数对超精加工表面质量的影响就显得尤为重要.
目前国际上测量亚微米级刃口半径的通用方法是扫描电子SEM)测量法。近年来,随着加工精度的不断提高,加工超精表面所用的刀具刃口半径往往小于0．1μm,一般约为几十纳米.用SEM观测ρ＜100nm的刃口半径时,由于分辨力不够,图像边缘比较模糊,难以实现准确测量;而且由于刃口表面镀了一层厚度不确定的导电金属膜,使观测结果存在较大误差;此外,SEM法不适用于实时测量.
为了准确测量纳米级的刃口半径,八十年代末期,国外学者对超微刃口测量技术进行了大量研究,先后提出了一些新的测量方法,如印膜法、切屑法、改进的SEM法等.但这些方法均为间接测量,测量精度很难达到纳米级.随着原子力显微镜(AFM)在工业领域的应用逐步扩大,九十年代,一些学者提出了应用原子力显微原理测量金刚石刀具刃口半径的方法,测量方法是将金刚石刀具垂直安放在AFM探针下的二维工作台上,使刀刃位于探针的正下方,探针垂直于刃口进行扫描,即可得到刃口的AFM扫描图像.但文献中均未给出刃口半径的准确测量值,也未对测量误差进行分析.为此,我们应用国产AFM进行了这一测量的试验研究,得到了刃口扫描图象和一组刃口截面坐标值.