[實(shí)用新型]掃描電子顯微鏡內(nèi)應(yīng)變檢測(cè)型原位劃痕測(cè)試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420179833.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203811490U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃虎;趙宏偉;劉彥超;時(shí)月;杜雨萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/40
• 分類號(hào): G01N3/40
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)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

????本實(shí)用新型涉及材料性能原位測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種掃描電子顯微鏡內(nèi)應(yīng)變檢測(cè)型原位劃痕測(cè)試裝置。本實(shí)用新型不僅能實(shí)現(xiàn)材料劃痕過(guò)程的原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，而且可以實(shí)現(xiàn)劃痕過(guò)程中橫向力與軸向力的同步測(cè)量，為研究材料劃痕過(guò)程中變形、損傷機(jī)理有重要作用，在材料學(xué)、精密加工、摩擦學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)

材料的去除過(guò)程與去除機(jī)理是精密/超精密加工、材料學(xué)（特別是薄膜材料和涂層材料）、摩擦學(xué)等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究話題。研究材料的去除過(guò)程與去除機(jī)理，并借此選擇合適的材料成分、使用條件與場(chǎng)合，對(duì)于提高材料的使用壽命，保障設(shè)備、元器件使用過(guò)程中的可靠性和安全性具有重要意義。

劃痕測(cè)試法是研究材料去除過(guò)程與去除機(jī)理的一種重要方法，該方法利用劃痕過(guò)程中得到的測(cè)試曲線并結(jié)合劃痕測(cè)試后拍攝的殘余劃痕形貌，在研究材料去除過(guò)程與去除機(jī)理方面發(fā)揮了重要作用。然而，研究人員在利用劃痕測(cè)試法研究材料的去除過(guò)程與去除機(jī)理時(shí)，亦發(fā)現(xiàn)了一些難以解釋的現(xiàn)象，最為典型的即是劃痕測(cè)試曲線上間斷性的波動(dòng)。考慮到劃痕測(cè)試為動(dòng)態(tài)測(cè)試過(guò)程，涉及的物理過(guò)程復(fù)雜，結(jié)合拍攝的殘余劃痕形貌能在一定程度上對(duì)劃痕測(cè)試曲線上間斷性的波動(dòng)進(jìn)行推理性解釋，但是缺乏對(duì)其完全的、可信的直接解釋。由此，研究人員對(duì)劃痕過(guò)程中壓頭與試件表面真實(shí)的物理作用過(guò)程產(chǎn)生了極大的研究興趣，并提出了新的測(cè)試技術(shù)手段去直接地觀測(cè)二者之間的相互作用過(guò)程，也就是掃描電子顯微鏡內(nèi)原位劃痕測(cè)試技術(shù)。

《Journal?of?materials?science?letters》于1984第3卷133-136頁(yè)設(shè)計(jì)了一種掃描電子顯微鏡內(nèi)原位劃痕測(cè)試方法，該方法將應(yīng)變式傳感器安裝在掃描電子顯微鏡真空腔艙門上，原理上可以開(kāi)展掃描電子顯微鏡內(nèi)原位劃痕測(cè)試，但是文獻(xiàn)中并未給出相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)曲線，而且該文獻(xiàn)中的裝置沒(méi)有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)定位單元，完全依靠掃描電子顯微鏡載物臺(tái)的運(yùn)動(dòng)能力，給測(cè)試帶來(lái)了一定的困難，與此同時(shí)測(cè)試控制方式可能相對(duì)單一。《Wear》于2005年第259卷18-26頁(yè)，《AIP?ADVANCES》于2012年第2卷042193文章中分別報(bào)道了一種原位壓痕/劃痕測(cè)試裝置。從試驗(yàn)結(jié)果看，這2種測(cè)試裝置可安裝在掃描電子顯微鏡載物臺(tái)上，而且各自具有獨(dú)立的劃痕運(yùn)動(dòng)和定位單元，可以實(shí)現(xiàn)掃描電子顯微鏡內(nèi)的劃痕過(guò)程的原位觀測(cè)，但是由于未集成橫向力傳感器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)劃痕過(guò)程中橫向力和軸向力的同步測(cè)量，僅僅能實(shí)現(xiàn)劃痕過(guò)程的原位觀測(cè)。從以上分析可以看出，目前具有獨(dú)立定位和控制功能，且可實(shí)現(xiàn)掃描電子顯微鏡內(nèi)定量地原位劃痕測(cè)試的小型化劃痕測(cè)試裝置鮮有報(bào)道。現(xiàn)有技術(shù)雖然可以在掃描電子顯微鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)材料劃痕過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但是卻難以實(shí)現(xiàn)劃痕測(cè)試過(guò)程中橫向力和軸向力的同步定量測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種掃描電子顯微鏡內(nèi)應(yīng)變檢測(cè)型原位劃痕測(cè)試裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本實(shí)用新型的原位劃痕測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)緊湊，具有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)定位能力，可方便的安裝在主流掃描電子顯微鏡載物臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)材料劃痕過(guò)程的原位觀測(cè)，同時(shí)設(shè)計(jì)了橫向力與軸向力測(cè)試傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)劃痕過(guò)程中橫向力與軸向力的同步測(cè)量。

本實(shí)用新型的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

掃描電子顯微鏡內(nèi)應(yīng)變檢測(cè)型原位劃痕測(cè)試裝置，包括基座、橫向力與軸向力測(cè)試傳感器、定位部分，壓頭桿及金剛石壓頭7通過(guò)鎖緊螺釘安裝在橫向力與軸向力測(cè)試傳感器前端圓孔中，被測(cè)試件8通過(guò)導(dǎo)電膠帶粘貼在粘滑驅(qū)動(dòng)器B9上。

所述的定位部分包括粘滑驅(qū)動(dòng)器A3、粘滑驅(qū)動(dòng)器B9和粘滑驅(qū)動(dòng)器C10，并分別通過(guò)螺釘與基座1連接；

所述的橫向力與軸向力測(cè)試傳感器由彈性體5、x向/橫向力測(cè)量應(yīng)變片組4和y向/軸向力測(cè)量應(yīng)變片組6組成，并通過(guò)連接件2與滑驅(qū)動(dòng)器A3連接，其中彈性體5包含十字交叉布置的2個(gè)凹槽，x向/橫向力測(cè)量應(yīng)變片組、y向/軸向力測(cè)量應(yīng)變片組4、6分別對(duì)應(yīng)粘貼在2個(gè)凹槽薄弱環(huán)節(jié)。

所述的掃描電子顯微鏡內(nèi)應(yīng)變檢測(cè)型原位劃痕測(cè)試裝置的尺寸為97mm×40mm×44.5mm。

本實(shí)用新型中所述的粘滑驅(qū)動(dòng)器A3、粘滑驅(qū)動(dòng)器B9和粘滑驅(qū)動(dòng)器C10為現(xiàn)有技術(shù)中已有的，可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)試件8和橫向力與軸向力測(cè)試傳感器的定位或?qū)崿F(xiàn)劃痕過(guò)程中金剛石壓頭與被測(cè)試件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。