[發明專利]一種模塊化廣溫域多氣氛原位環境應力儀

有效

• 申請號: 201710142714.X
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106840852B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 陳凱;沈昊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/18
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種模塊化廣溫域多氣氛原位環境應力儀，其特征在于：包括以下模塊：力學加載模塊:包括雙向螺桿(4)、滑桿(5)以及固定樣品(18)兩端的相向布置的拉頭(15)、齒輪變速箱(32)和驅動電機(16)，所述雙向螺桿(4)與滑桿(5)平行等高安裝，共同穿過拉頭(15)的底座(23)，且兩端穿出密閉外殼(1)并固定在密閉外殼(1)上，雙向螺桿(4)穿出密閉外殼(1)的一端通過聯軸器和齒輪變速箱(32)以及驅動電機(16)相連；所述拉頭(15)一共分為5層結構，包括壓片(26)、用于承載壓片(26)的L型承載面板(20)、變溫模塊(25)、絕熱層(24)以及底座(23)，壓片(26)固定于L型承載面板(20)上，采用沉入性設計，保證上表面和承載面板(20)齊平，壓片(26)厚度為1～2mm，最大化X射線和電子束入射角，承載面板(20)分為兩個部件，與壓片(26)組合的水平部件(20-1)，以及L型的豎直部件(20-2)，豎直部件和水平部件通過兩齒楔合，同時豎直部件處通循環水，水平部件上表面肋片加固；當樣品(18)為薄膜樣時尺寸為10mm*20mm；當為拉伸樣時，形狀為拉伸樣形狀，即中間細長，兩端扁寬，兩端為粗糙面；所述力學加載模塊的位移量程為10mm至20mm，精度為1μm，可施加應變最大為100％，可施加力為0～1kN；

變溫模塊：包括溫度反饋系統、高溫加熱模塊以及低溫冷卻模塊，變溫范圍為：低溫冷卻模塊為液氮沸點至室溫，高溫加熱模塊為室溫至1000℃；高溫加熱模塊和低溫冷卻模塊均為長方形板片(28)設計，長邊一側加工兩個倒角用于嵌入拉頭(15)時作為限位，另一側的限位依靠定位銷(31)來實現；其中低溫模塊結構為三明治結構，由兩塊金屬板固定住盤繞的銅管(27)；低溫模塊與外部液氮相接，由閥門(9-1)開合通過流量控制溫度，熱電偶(12)提供反饋型號； 高溫模塊與外部電源相接，由繼電器(9-2)控制電阻絲升溫，熱電偶(12)提供反饋信號；變溫模塊可控制精度為±1℃；

光學成像與定位模塊：光學成像與定位模塊包括可見光成像與定位以及不可見光成像與定位，所述可見光成像與定位主要包括反光鏡(30)以及顯微鏡(10)，反光鏡(30)包括分別布置在與水平面夾角a處的第一反光鏡(30-1)，與第一反光鏡(30-1)夾角為β的第二反光鏡(30-2)以及樣品斜上方30°的第三反光鏡(30-3)；其中α與β的關系為2/(√3sin(α+β))＝1/(2cosβ)；反光鏡(30)位于密封外殼(1)內與顯微鏡(10)相對固定，顯微鏡(10)水平方向正對反光鏡(30)，從反光鏡(30)中獲取樣品(18)信息；顯微鏡(10)的鏡頭通過密封外殼(1)插入，并在四周包覆橡膠(11)，用以保證氣密性以及保證鏡頭和樣品(18)之間亦能實現相對運動；反光鏡(30)與顯微鏡(10)的鏡頭相對固定，當樣品(18)出現在視野中時能夠確認樣品(18)在同步輻射樣品臺上水平方向的位置； 當調整高度方向，使樣品(18)清晰時，即確認樣品(18)高度方向位置；所述不可見光成像與定位的不可見光主要是指同步輻射勞厄X射線以及電子束，密封外殼(1)的上蓋板作為不可見光的透視窗；上蓋板共分為3層，上下板中間鏤空，兩板鏤空處加持石墨片(29)，石墨片(29)與上下板通過有機樹脂進行密封；

氣氛模塊：包括初步除濕及過濾組件、進氣口擾流組件、真空抽濾裝置(17)以及多氣氛混合室(7)，在多氣氛混合室(7)之后安裝氣體流量計及氣壓反饋控制閥門(6)以及擾流網作為進氣口擾流組件，密封外殼(1)內壁加工水平翅片；使用活性炭涂層，作為密封外殼(1)內初步除濕及過濾組件；通過氣壓計(14)的氣壓反饋控制閥門(6)的開合；真空抽濾裝置(17)以及氣氛混合室(7)分布在密封外殼(1)兩側；

傳感器系統：實現力學傳感、位移測量及反饋、溫度測量及反饋、氣壓測量和干濕度測量；力學傳感依靠壓電傳感器(22)，所述壓電傳感器(22)固定在與L型承載面板(20)相對的拉頭(15)的底座(23)臺階上，承載面板(20)下端與壓電傳感器(22)接觸，L型承載面板(20)截面為平放的L型，與拉頭(15)底座(23)呈現“互”字形結構，在力學加載時直接通過壓電傳感器(22)測量拉力；位移測量采用接觸式測量，位移傳感器兩部分分別放置于固定在拉頭(15)上的支撐架(19)上；溫度測量為了增加準確性使用熱電偶(12)接觸樣品(18)表面直接測量表面溫度，其中金屬絲繞成彈簧狀，保證熱電偶(12)探測頭和樣品(18)表面不會因為加載時振動導致溫度測量不準；同時溫度測量也包括對于殼體內溫度監控，氣壓及干濕度的測量則針對殼體內環境，對殼體內溫度、干濕度和氣壓的測量依靠固定在殼體一側的氣溫及干濕度計(13)和氣壓計(14)進行測量。