[實用新型]全應變測量式原位納米壓/劃痕測試裝置

有效

• 申請號: 201220552542.6
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN202903628U
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 黃虎;趙宏偉;史成利;萬順光
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42;G01N3/46;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術領域

????本實用新型涉及機電一體化的精密科學儀器領域，特別涉及一種集精密驅動、檢測、原位測試為一體的小型化的全應變測量式原位納米壓/劃痕測試裝置。

背景技術

原位納米壓/劃痕測試技術是近幾年發展起來的一項國際前沿技術，一經提出就受到各國政府和研究機構的高度重視，相關研究成果受到《Nature》、《Science》等頂級期刊多次報道。瑞士聯邦理工和美國的Hysitron公司在原位壓痕測試方面所做的工作最具代表性，目前Hysitron公司已推出了商業化的原位納米壓痕儀，但是高昂的價格嚴重阻礙了該產品的廣泛推廣使用。而我國在納米壓痕測試裝置研制開發方面起步較晚，目前尚未出現商業化的納米壓痕儀，所以就更不用說對原位納米壓痕儀的研制。

原位納米壓/劃痕測試技術相對于離位納米壓/劃痕測試技術來說其難度主要是需要測試裝置的小型化并保證測試功能。小型化就對測試裝置的驅動和檢測單元提出了要求，許多離位納米壓/劃痕測試裝置中能夠使用的驅動和檢測單元由于體積龐大無法實現裝置的小型化，所以就需要有新穎的驅動和檢測方式以及巧妙的結構設計來開發緊湊的測試裝置。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種全應變測量式原位納米壓/劃痕測試裝置，解決了現有技術存在的上述問題。本實用新型利用應變檢測技術、宏微混合驅動技術設計一種結構緊湊的全應變測量式納米壓/劃痕測試裝置，實現材料在電子顯微鏡內的原位納米壓/劃痕測試，該裝置主要由宏動調整機構、精密壓入單元、載荷與位移信號檢測單元以及劃痕驅動單元等組成。宏動調整機構實現金剛石工具頭的快速粗調整；精密壓入單元實現金剛石工具頭對試件表面的壓入壓出過程；載荷與位移信號檢測單元實現在金剛石工具頭壓入壓出試件過程中壓入載荷與深度的檢測；劃痕驅動單元用于試件的劃痕測試。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現：?

全應變測量式原位納米壓/劃痕測試裝置，包括宏動調整機構、精密壓入單元、載荷與位移信號檢測單元以及劃痕驅動單元，所述宏動調整機構安裝在基座1上；精密壓入單元通過過渡連接板17連接在宏動調整機構的x向滑臺15上；載荷與位移信號檢測單元包含二組八片應變片11，通過內嵌的方式分別安裝在精密壓入單元的載荷檢測用柔性鉸鏈12和x向柔性鉸鏈14上；劃痕驅動單元通過螺釘與基座1相連接。

所述的宏動調整機構包括電機安裝座2、螺釘3、步進電機4、x向滑臺15、x向導軌16、過渡連接板17、粗調整旋鈕18及聯軸器19，所述步進電機4通過螺釘3分別與電機安裝座2及剛度增強板5進行連接，所述步進電機4的輸出軸通過聯軸器19與粗調整旋鈕18連接，所述步進電機4的輸出軸既可以隨著聯軸器19進行轉動，又可以沿著聯軸器19的軸線進行移動，通過類似螺旋測微儀原理將步進電機4輸出動力轉化成x向滑臺15及其以上部件沿x向導軌16的直線運動，從而實現宏動調整。

所述的精密壓入單元包括金剛石工具頭10、載荷檢測用柔性鉸鏈12、x向壓電疊堆13、及x向柔性鉸鏈14，所述金剛石工具頭10安裝在載荷檢測用柔性鉸鏈12前端的安裝孔內，并通過鎖緊螺釘鎖緊；所述載荷檢測用柔性鉸鏈12通過螺釘與x向柔性鉸鏈14的輸出部分連接；所述x向壓電疊堆13緊配合安裝在x向柔性鉸鏈14的槽內。

所述的載荷與位移信號檢測單元由二組八片應變片組成，每四片為一組分別粘貼在柔性鉸鏈12和x向柔性鉸鏈14的彈性敏感區域，根據應變測量原理實現對載荷和位移的檢測。

所述的劃痕驅動單元由z向鉸鏈7及z向壓電疊堆9組成，所述z向鉸鏈7通過螺釘與基座1連接，所述z向壓電疊堆9緊配合安裝在z向鉸鏈7中間的槽內；在z向鉸鏈7后方設置有剛度增強板5，預緊螺釘6通過剛度增強板5上方的螺紋孔施加給z向鉸鏈7一定的預緊力以增加系統剛度。

所述的全應變測量式原位納米壓/劃痕測試裝置安裝在觀測裝置的載物臺上實現對材料的原位壓/劃痕測試，所述觀測裝置為掃描電子顯微鏡SEM或X射線衍射儀等。