[發明專利]微構件拉伸測試裝置

有效

• 申請號: 201410271032.5
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104007028A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 車琳;王波;李國;丁飛;王石磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種微構件力學性能測試裝置。

背景技術

慣導系統高彈性合金微構件在地面加載測試中極容易斷裂失效，慣性傳感器中微構件的特征尺寸大致在亞微米到毫米的范圍內。當細微到微米/納米尺度后，由于尺寸效應，微構件材料本身的物理性質及其受環境影響的程度等都會發生很大改變，其力學特性以及所受體積力和表面力的相對關系等也會發生顯著的變化。宏觀條件下材料的力學性能參數已遠遠不能滿足MEMS系統結構的設計要求，而由微小試件帶來的一系列技術問題使得傳統的測試方法和裝置也已不再適用。

近年來，國內外學者越來越重視微構件材料力學性能的研究，提出了一些新的測試方法和測試裝置。但是，各種方法測得的數據分散性較大，甚至連最基礎的彈性模量都沒有一個一致公認的結果。在微構件設計和進行可靠性分析時，由于缺乏有關微構件材料力學性能的基礎數據，目前還沒有建立起一個有效的設計準則，導致成品率低，可靠性差，這嚴重阻礙了MEMS的發展。

材料的力學性能測試中常用的方法包括單軸拉伸法、納米壓痕法、鼓膜法、微梁彎曲法和襯底曲率法等。其中，最常用的方法是單軸拉伸法，微拉伸實驗是測量微米級材料彈性模量、泊松比、屈服強度和斷裂強度最直接的方法，拉伸實驗的數據容易解釋，測試結果比彎曲實驗可靠。但是由于試樣尺寸微小，微構件的對中、裝夾、微位移驅動以及微小載荷和微位移的測量等一系列技術難題使得傳統的測試方法和裝置也已不再適用。目前測試裝置還沒有統一的標準，而且大部分測試裝置結構都比較復雜，所需儀器都很昂貴，測試數據分散性很大。如何最大限度的減少測試誤差，保證獲得精確一致的測試結果，提高測試效率，使測試數據能夠迅速加以處理而進行反饋監控或直接應用于生產實踐，這些問題對科研人員來說是亟待突破的難關也是挑戰。

發明內容

本發明的目的是提供一種微構件拉伸測試裝置，以實現對微米尺度構件的力學性能靜態參量測量及疲勞特性的探究。

本發明解決上述問題采取的技術方案是：

本發明的微構件拉伸測試裝置，它包括精密驅動單元、微力傳感器、直線光柵測量裝置、高精度電移臺、載物臺、力傳感器固定塊、兩個固定件，所述的高精度電移臺包括左載物平臺、右載物平臺、絲杠螺母副、L形底座、支撐座、步進電機、四個左滑塊、四個右滑塊、兩根導軌，所述的載物臺包括動載物臺和靜載物臺，所述的直線光柵測量裝置包括光柵尺讀數頭安裝架、讀數頭和光柵尺，

所述的L形底座的長板水平設置，所述的兩根導軌平行于L形底座的長邊并固定在L形底座的長板上；所述的左載物平臺和右載物平臺左右并列設置，所述的精密驅動單元固定在右載物平臺上表面，所述的動載物臺與精密驅動單元的左側面固定連接，所述的靜載物臺與動載物臺相鄰且相對應設置，靜載物臺與動載物臺的上表面對應位置分別加工有一用于固定微構件的定位槽；所述的靜載物臺、微力傳感器及力傳感器固定塊由右至左依次設置在左載物平臺的上表面，且靜載物臺與微力傳感器固定連接，微力傳感器與力傳感器固定塊固定連接，力傳感器固定塊與左載物平臺的上表面固定連接，所述的光柵尺安裝在精密驅動單元的前側面或后側面上，右載物平臺上與光柵尺位于同側的側面上固定有讀數頭安裝架，所述的度數頭與光柵尺相對設置并固定在讀數頭安裝架上；所述的右載物平臺的下表面與絲杠螺母副的螺母固定連接，絲杠螺母副的絲杠一端與支撐座轉動連接，絲杠螺母副的絲杠另一端與L形底座的短板轉動連接，支撐座與L形底座的長板固定連接，右載物平臺的下表面與呈矩形設置的四個右滑塊固定連接，四個右滑塊與兩根導軌滑動連接，所述的步進電機固定于L形底座的短板上，步進電機驅動絲杠螺母副運動；左載物平臺的下表面與呈矩形設置的四個左滑塊固定連接，四個左滑塊設置在兩根導軌上，設置在同一根導軌上的兩個左滑塊之間安裝有一與導軌固定連接的固定件，工作中左載物平臺相對導軌固定不動，右載物平臺相對導軌進行運動。

本發明相對于現有技術的有益效果是：本發明不僅可實現微構件微拉伸靜態測試，并且與動態測試結合，利用精密驅動單元帶動動載物臺對微構件進行0-4kHz的拉拉疲勞加載，微構件夾持可靠；采用高精度的力傳感器（精度5mN），實現載荷的精確測量；采用高精度直線光柵測量裝置實現微位移的精確檢測，分辨率為5nm，便于安裝調試。該裝置不僅能實現微構件靜態參量的測量，如彈性模量、屈服強度、斷裂強度的測量，而且還能實現對疲勞特性的探究，如疲勞強度。

附圖說明

圖1是本發明的微構件拉伸測試裝置的總體裝配圖；

圖2是圖1中的精密驅動單元裝配圖；

圖3是圖1的A處局部放大圖。