[發明專利]高速沖擊薄膜摩擦學試驗機及評價薄膜沖擊摩擦性的方法

有效

• 申請號: 201210164401.1
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102706765A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王立平;蒲吉斌;趙文杰;白明武;薛群基
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/303
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

1.一種高速沖擊薄膜摩擦學試驗機，其特征是：主要由高速旋轉薄膜樣品臺、沖擊運動系統以及信號采集系統構成；

所述的高速旋轉薄膜樣品臺由高精度氣懸浮電機（1）構成，待測薄膜樣品（3）套接在氣懸浮電機（1）的轉子上部，所述的氣懸浮電機（1）的轉子上部的凹槽中設有負壓孔（2），用于動態吸住旋轉薄膜樣品；

所述的沖擊運動系統包括懸臂梁定位裝置、安裝在懸臂梁前端的沖擊摩擦對偶樣夾具以及沖擊摩擦對偶樣夾具夾持的沖擊摩擦對偶樣，以及用于監測沖擊摩擦對偶樣與薄膜樣品（3）間距離的顯微鏡（17）；

所述的懸臂梁定位裝置包括沿水平面滑移的一維滑移臺（4）；安裝在一維滑移臺（4）上、沿垂直方向升降的垂直升降臺（5）；安裝在一維滑移臺（4）上、沿垂直方向升降的手動微調升降器（6）；與垂直升降臺（5）相連接、平行于水平面的第一支架（18）；通過納米級伸縮壓電陶瓷管（8）與第一支架（18）相連接、平行于水平面的第二支架（19）；安裝在第二支架前端的懸臂梁（7）；與手動微調升降器（6）相連接、平行于水平面的第三支架（20）；以及分別安裝在第二支架和第三支架（19）后端的納米電容傳感器（9）；

所述的信號采集系統包括多普勒激光測振儀（13）和聲波測振儀傳感器（11）；多普勒激光測振儀（13）位于沖擊摩擦對偶樣夾具的正上方一定距離處，用于非接觸式采集沖擊振動的頻譜信號；聲波測振儀傳感器（11）位于沖擊摩擦對偶樣上方并且與沖擊摩擦對偶樣的上表面接觸，用于接觸式采集沖擊振動的頻譜信號。

2.根據權利要求1所述的高速沖擊薄膜摩擦學試驗機，其特征是：所述的高速旋轉薄膜樣品臺安裝在減振底座上。

3.根據權利要求1所述的高速沖擊薄膜摩擦學試驗機，其特征是：所述的顯微鏡為CCD顯微鏡，并且安裝在可轉動調節位置的多自由度顯微鏡支架（13）上。

4.根據權利要求1所述的高速沖擊薄膜摩擦學試驗機，其特征是：所述的高精度氣懸浮電機（1）的轉速穩定性小于0.001%，軸向和徑向旋轉誤差小于5微米。

5.根據權利要求1所述的高速沖擊薄膜摩擦學試驗機，其特征是：所述的沖擊摩擦對偶樣是沖擊小球（12），所述的沖擊小球（12）通過沖擊小球夾具（10）與懸臂梁（7）相連接。

6.利用權利要求1至5中任一權利要求所述的高速沖擊薄膜摩擦學試驗機評價薄膜沖擊摩擦性能的方法，包括如下步驟：

步驟1：將待測薄膜樣品（3）套接在氣懸浮電機（1）的轉子上部，調節一維滑移臺（4）和垂直升降臺（5），通過顯微鏡（17）監測，使沖擊摩擦對偶樣位于薄膜樣品正上方，并且與薄膜樣品（3）上表面保持一微小間距；

調節手動微調升降器（6），減小納米電容傳感器（9）的上下電極板的間距，使納米電容傳感器（9）處于靈敏測量狀態；

調整多普勒激光測振儀（13）的激光頭，使其位于沖擊摩擦對偶樣夾具的正上方一定距離處，使激光頭發射出的激光能垂直照射在沖擊摩擦對偶樣夾具上表面的反射膜上；

步驟2：啟動氣懸浮電機（1），轉子上部凹槽內的負壓孔（2）動態吸附薄膜樣品（3）帶動其高速旋轉，納米級伸縮壓電陶瓷管（8）伸縮運動，驅動沖擊摩擦對偶樣朝薄膜樣品（3）做輕載沖擊運動，沖擊高速旋轉的薄膜樣品（3），沖擊瞬間產生的振動波經沖擊摩擦對偶樣傳給接觸式聲波測振儀傳感器（11），同時，多普勒激光測振儀（13）被觸發，通過多普勒激光的頻移現象非接觸采集沖擊摩擦對偶樣的振動信號，從而獲得薄膜樣品（3）在高速沖擊作用下的摩擦性能。