[發(fā)明專利]顯微組件下跨尺度原位微納米三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲測試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110353825.8
• 申請(qǐng)日: 2011-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN102494955A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙宏偉;張霖;黃虎;胡曉利;史成利;馬志超;王開廳;李澤君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/20
• 分類號(hào): G01N3/20;G01B11/16
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，涉別涉及材料結(jié)構(gòu)測試與原位測試領(lǐng)域，尤指一種顯微組件下跨尺度原位微納米三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲測試裝置。安裝在顯微組件下對(duì)跨尺度原位納米固體材料進(jìn)行原位三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲力學(xué)測試和微觀變形形貌、晶體形態(tài)變形觀測的裝置。可以將各種材料的微觀變形機(jī)制和力學(xué)性能直接對(duì)應(yīng)起來，揭示跨尺度材料力學(xué)性能與宏觀性能的關(guān)系。

背景技術(shù)

原位納米力學(xué)測試是指在納米尺度下對(duì)試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測試中，通過電子顯微鏡等觀測儀器對(duì)載荷作用下材料發(fā)生的微觀變形損傷進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測的一種力學(xué)測試技術(shù)。該技術(shù)深入的揭示了各類材料及其制品的微觀力學(xué)行為、損傷機(jī)理及其與載荷作用和材料性能間的相關(guān)性規(guī)律。在諸多納米力學(xué)測試的范疇中，彈性模量、硬度、斷裂極限等參數(shù)是微構(gòu)件力學(xué)特性測試中的最主要的測試對(duì)象，針對(duì)這些力學(xué)屬性產(chǎn)生了多種測試方法，如拉伸/壓縮法，扭轉(zhuǎn)法、彎曲法、納米壓痕發(fā)和鼓膜法等，其中以原位彎曲測試能夠反映構(gòu)件材料的彎曲強(qiáng)度特性，并能最直觀的測量材料彈性模量、屈服極限和斷裂強(qiáng)度等重要力學(xué)參數(shù)。

當(dāng)前原位微納米三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲測試的研究尚處萌芽狀態(tài)，具體表現(xiàn)在：（1）受到原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡（TEM）等的腔體空間的限制，目前的多數(shù)研究都集中在以MEMS/NEMS工藝為基礎(chǔ)，對(duì)納米管、納米線以及薄膜材料等極微小結(jié)構(gòu)的單純?cè)患{米彎曲測試上，缺少對(duì)宏觀尺寸的跨尺度原位納米力學(xué)測試的深入研究，從而嚴(yán)重阻礙了學(xué)術(shù)界對(duì)尺寸較大的微小結(jié)構(gòu)材料的微觀力學(xué)行為和損傷機(jī)制的新現(xiàn)象、新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)；（2）從測試手段和方法上來說，主要借助商業(yè)化的納米壓痕儀進(jìn)行的原位納米壓痕測試和借助商業(yè)化的原為納米拉伸儀進(jìn)行的原位拉伸測試，兩種方法均存在設(shè)備費(fèi)用昂貴，測試方法單一，測試內(nèi)容乏善可陳的特點(diǎn)。對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧的三點(diǎn)、四點(diǎn)彎曲兩用的原位測試裝置鮮有提及，極大制約了研究的深入與發(fā)展。

此外，國外公司自主研發(fā)了一系列SEM原位力學(xué)彎曲測試裝置，測試范圍涵蓋微納米級(jí)試件和宏觀試件，但依然存在裝置體積過大，價(jià)格昂貴，并且未發(fā)現(xiàn)針對(duì)毫米級(jí)尺度試件的跨尺度測試裝備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種顯微組件下跨尺度原位微納米三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲測試裝置，解決了現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備在材料的機(jī)械性能測試和在此過程中觀察試件微觀形態(tài)變化是獨(dú)立的、分離的、跨尺度的問題，以及現(xiàn)有測試設(shè)備體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用昂貴及兼容性差等問題，通過不同的載荷加載方式對(duì)材料試件進(jìn)行微觀材料力學(xué)性能測試，進(jìn)而提供一種電鏡下跨尺度原位微微納米三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲裝置。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

顯微組件下跨尺度原位微納米三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲測試裝置，包括精密驅(qū)動(dòng)控制單元、三自由度調(diào)整單元、傳動(dòng)及執(zhí)行單元、信號(hào)檢測單元和連接支撐單元；所述的精密驅(qū)動(dòng)控制單元、傳動(dòng)及執(zhí)行單元，包括直流伺服電機(jī)（30）、柔性聯(lián)軸器Ⅰ、Ⅱ31-1、31-2、一級(jí)蝸桿24、一級(jí)蝸輪25、二級(jí)蝸桿26、二級(jí)渦輪Ⅰ、Ⅱ3-1、3-2及引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2，所述精密直流伺服電機(jī)30通過電機(jī)后部的支座法蘭盤28與機(jī)架底板12連接，所述直流伺服電機(jī)30的輸出軸與柔性聯(lián)軸器Ⅰ31-1的一端螺釘緊固連接，所述柔性聯(lián)軸器Ⅰ31-1的另一端通過柔性聯(lián)軸器Ⅱ31-2、一級(jí)蝸桿支座32與一級(jí)蝸桿24螺釘緊固連接，所述一級(jí)蝸桿24與固定在二級(jí)蝸桿27中部的一級(jí)渦輪25相互配合，二級(jí)渦輪Ⅰ、Ⅱ3-1、3-2分別緊固在引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2上；通過渦輪蝸桿傳動(dòng)副將直流伺服電機(jī)30的動(dòng)力傳至二級(jí)蝸桿27上，分別通過緊固在引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2上的二級(jí)渦輪3-1、3-2帶動(dòng)的引導(dǎo)杠2-1、2-2的轉(zhuǎn)動(dòng)，二級(jí)蝸桿27兩端分別由固定在機(jī)架12左右兩側(cè)的二級(jí)蝸桿支座1中的軸承支撐，引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2分別通過機(jī)架前、后、左、右側(cè)板35、10、6-1、6-2內(nèi)的緊固于后側(cè)板10的軸承支撐；方螺母4與絲杠滾珠螺母33剛性固定連接，車架組上板5通過沉頭螺母固定在方螺母4上方，所述絲杠滾珠螺母33分別與引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2的精密滾珠絲杠部分2-B嚙合，通過引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)移動(dòng)車架組軸向沿引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2運(yùn)動(dòng)；沖頭座8通過螺釘固定在滑動(dòng)車架組、測力車架組的上板5、9的側(cè)面，沖頭7進(jìn)而安裝在沖頭座8的導(dǎo)軌上。