[實用新型]一種用于CVD金剛石材料力學性能的測試工裝

有效

• 申請號: 201821883867.6
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN209432578U
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 劉金龍;李成明;朱瑞華;陳良賢;魏俊俊;安康;呂反修
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/20
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本實用新型提供了一種用于CVD金剛石材料力學性能的測試工裝，所述測試工裝包括第一金屬底座、第二金屬底座、第一金屬支撐桿、第二金屬支撐桿和頂部加載部件，所述第一金屬底座和第二金屬底座通過第一金屬支撐桿和第二金屬支撐桿連接，所述頂部加載部件垂直設置于所述第一金屬底座和第二金屬底座的上方，本實用新型實現了小尺寸金剛石樣品的力學性能測試，既可以解決當前金剛石制備技術難以達到國標測試抗彎強度樣品尺寸要求的問題，又可以通過選取大尺寸金剛石膜上的邊角料完成測試，實現對整個金剛石膜力學性能的評價，同時節省大量的金剛石膜樣品。

技術領域

本實用新型屬于力學性能測試領域，尤其涉及一種CVD金剛石力學性能的測試工裝。

背景技術

金剛石材料由于其具有優異的力學、熱學、光學、電學等性質，因此近年來在高端刀具、高功率電子器件熱管理、各種高端光學窗口以及半導體等領域獲得了廣泛的應用與關注。然而無論是在切割應用的刀具，還是用于航天器等飛行器中的散熱組件，均要求金剛石承受一定的力學載荷，能否承受足夠的力學載荷則由金剛石抗彎強度與斷裂韌性兩大力學性能決定。因此能否準確測量金剛石的抗彎強度與斷裂韌性至關重要。

金剛石膜是一種脆性材料，對于脆性材料力學性能的測試通常采用三點彎曲或者四點彎曲法，但是由于金剛石制備技術難度大，因而在測試其力學性能方面具有特殊性，其特殊性主要表現在以下三個方面：(1) CVD金剛石膜的厚度在當前的工藝下達不到國家標準測量斷裂強度試樣厚度(3mm)，因此不能制成標準試樣，完成標準的斷裂強度試驗；(2)因為CVD金剛石膜制備周期長，膜成本高，斷裂強度時破壞性實驗，所以耗材大的試驗方法不適合對金剛石膜進行力學性能的研究；(3) 對于脆性材料的力學性能測試，考慮到通常會受多種因素影響，因此每次測試需測試大量樣品，通常不少于30個，個別情況不少于10個，而傳統固定式的工裝由于對樣品尺寸有要求，為實際測試中的操作與效率帶來極大不便。

實用新型內容

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種用于小尺寸CVD金剛石材料力學性能的測試工裝，該測試工裝采用一對小型的、中空對稱的、具有階梯狀結構和兩個通孔的底座，連同兩個支撐體和加載裝置，可以實現小尺寸金剛石樣品的力學性能測試，既可以解決當前金剛石制備技術難以達到國標測試抗彎強度樣品尺寸要求的問題，又可以通過選取大尺寸金剛石膜上的邊角料完成測試，實現對整個金剛石膜力學性能的評價，同時節省大量的金剛石膜樣品。

為實現上述目的本實用新型提供如下技術方案：

一種CVD金剛石材料力學性能的測試工裝包括第一金屬底座、第二金屬底座、第一金屬支撐桿、第二金屬支撐桿和頂部加載部件，所述第一金屬底座和第二金屬底座通過第一金屬支撐桿和第二金屬支撐桿連接，所述頂部加載部件垂直設置于所述第一金屬底座和第二金屬底座的上方；

進一步地，所述第一金屬底座和第二金屬底座呈中部懸空對稱設置,所述第一金屬底座和第二金屬底座外側均呈階梯狀；

進一步地，所述第一金屬底座和第二金屬底座均包括兩個一級臺階和兩個二級臺階，所述兩個二級臺階均設有兩個對稱通孔，所述兩個對稱通孔的中心間距為S；

進一步地，所述第一金屬底座的兩個一級臺階的間距和所述第二金屬底座兩個一級臺階的間距均為L，與測試樣品的長度相同，所述兩個對稱通孔的中心間距S小于所述兩個一級臺階的間距L；

進一步地，所述第一金屬支撐桿和第二金屬支撐桿的橫截面直徑均小于所述兩個對稱通孔的橫截面直徑；

進一步地，所述頂部加載部件的加載方式包括三點彎曲方式和四點彎曲方式，所述三點彎曲方式的加載裝置為一個頂部加載部件，所述頂部加載部件的加載位置為所述第一金屬支撐桿和第二金屬支撐桿的中點，所述四點彎曲方式的加載裝置為兩個頂部加載部件，所述兩個頂部加載部件的加載位置均勻分布在兩個支撐點中間；

本實用新型的有益效果如下：