[實用新型]基于掃描電鏡下微型原位力學測試儀

有效

• 申請號: 201320529232.7
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN203405477U
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 趙宏偉;楊雪露;劉國飛;梁燚杰;喻虎;陳園園;崔麗娜;張霖
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01Q30/02
• 分類號: G01Q30/02;G01N3/04;G01N3/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本實用新型涉及微小型材料性能測試試驗機，是可在掃描電鏡動態監測下的拉壓-剪切-扭轉多載荷及復合加載模式的原位力學測試裝置，便于獲取更接近于材料實際服役條件下的微觀性能。

背景技術

傳統的材料力學性能測試技術大都停留在非原位測試階段，如抗拉/壓測試、沖擊測試、硬度測試、疲勞測試、蠕變測試（持久強度和應力松弛試驗）、斷裂韌性測試、抗彎測試、抗扭測試等。這些傳統的材料力學性能測試方法對人類開展學術研究與工程研究開發發揮了重要作用。但這些測試技術都是非原位測試，不能在材料性能測試過程中動態監測載荷作用下材料的變形損傷與性能演變規律，無法實現將材料的微觀結構、變形行為、損傷機制及其與外部載荷作用和材料性能進行直接對應測量，已不能滿足目前科技發展的需求。

其次，因各類固態材料及其制品服役期間工作條件較為復雜，不可避免地會受到拉伸/壓縮-剪切等多載荷模式的同時作用，相同材料在不同載荷模式下將表現出迥然不同的力學行為。通過國內外研究現狀的綜述分析，目前已有的原位力學測試技術都無法實現針對三維宏觀試件的接近材料真實力學服役條件下的多載荷模式的材料微觀力學性能測試。

其中,現有的微小型單一拉伸/壓縮模塊的加載方式，其主要結構是通過直流伺服電機驅動，進過中間一級蝸輪蝸桿減速機構后帶動單向絲杠旋轉，絲杠通過支座固定在地板上，夾具工作臺一段與螺母固連，另一端固定在地板上，當絲杠旋轉時，帶動螺母軸向移動，進而使一側夾具工作臺軸向移動，使試件軸向收到拉壓。其設計弊端在于加載方式單一，只能加載軸向力，不符合材料在實際服役條件下的受力情況。且不是雙向同步加載，很難保證原位觀測。

本實用新型，針對復合載荷模式下材料力學行為、損傷機制以及性能演變規律測試方面的重要發展趨勢以及現有研究存在的問題，從實現在掃描電子顯微鏡動態監測下的“拉伸/壓縮-剪切-扭轉”多載荷模式的原位力學測試原理與方法出發，著重研究測試平臺在精密驅動、多載荷模式加載、檢測、控制與原位監測等方面的基礎理論與關鍵技術，在此基礎上研制集“復合載荷、原位觀測”與一體的微小型測試平臺。

發明內容

本實用新型的目的是，針對傳統材料力學性能測試儀不能實現原位觀測和現有的微納米級材料力學測試儀載荷單一，不能觀測材料在接近實際服役條件下的力學行為、損傷機制以及性能演變規律的缺陷，提出一種由雙精密驅動電機分別驅動，兩級蝸輪蝸桿降速增扭，導軌與滾珠絲杠相互配合，光柵位移傳感器、S型力傳感器實時測量的微型原位材料力學性能測試儀，在“驅動、加載、檢測”等功能的測試平臺的配合下，實現在掃描電子顯微鏡動態監測下的“拉伸/壓縮-剪切-扭轉”單一及復合載荷模式的原位力學測試。

本實用新型按以下方案實現：

一種基于掃描電鏡下微型原位力學測試儀，包括一工作臺底板、固設在工作臺底板上的導軌、分別通過滑塊設置在導軌上的第I工作臺和第II工作臺、在兩工作臺上分別設置對應的夾具體；

穿置在該兩個工作臺兩端的兩根絲杠通過與每根絲杠上的兩段反向螺紋配合的兩個螺母中中的一個螺母與所述的第II工作臺固連，另一個螺母與第I工作臺外側的力傳感器支座固連，一力傳感器兩端分別固連在第I工作臺和力傳感器支座上；

在所述工作臺底板的一側固設第一直流伺服電機，其電機軸通過聯軸器與第一渦輪副的渦桿軸相連接，通過平行設置在第一渦輪副渦輪軸上的兩個二級傳動渦輪副的渦輪軸與所述的穿置在該兩個工作臺兩端的兩根絲杠的一端相連接；

在所述工作臺底板的另一側固設第二直流伺服電機，其電機軸通過聯軸器與第二渦輪副的渦桿軸相連接，通過設置在第二渦輪副渦輪軸上的二級傳動渦輪副的渦輪軸與通過軸承支撐座固設在工作臺底板上的花鍵套相連接；

在所述的第II工作臺中通過推力軸承設置一扭轉軸，一個所述的夾具體固設在扭轉軸的一端，扭轉軸的另一端制成花鍵軸插置在所述的花鍵套中并與其呈軸向滑配合。

在所述的導軌的一側設置一光柵位移傳感器，其兩端的接口模塊分別通過支架用螺釘固連在第I工作臺和第II工作臺側端上。

本實用新型具有以下優越效果：

1）本實用新型機構布局及尺寸是基于掃描電鏡的腔體結構進行設計的，以實現利用掃描電鏡對試驗過程進行實時動態觀測，其尺寸為250mm*150mm*80mm。與現有類似試驗機相比，不僅在機構尺寸上具有微型小型化的特點，同時也大大提高了試驗機測量精度，在掃描電鏡下實時觀測材料在接近實際服役條件下的力學行為、損傷機制以及性能演變規律，從而較為準確地得到材料的微觀力學性能。