[實用新型]一種掃描電鏡下的超高溫斷裂原位觀測裝置

有效

• 申請號: 201822215564.3
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN209327248U
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 江鵬;王鐵軍;李定駿;楊镠育
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N23/2251
• 分類號: G01N23/2251;G01N3/18;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本實用新型公開了一種掃描電鏡下的超高溫斷裂原位觀測裝置，包括微型機械加載系統和高溫環境模塊；其中，微型機械加載系統包括微型電機及傳動裝置基座，高溫模塊及傳動模塊基座，微型力傳感器和短距高精度激光位移傳感器，以及設置在微型電機及傳動裝置基座上的微型電機和傳動裝置；高溫環境模塊包括設置在高溫模塊及傳動模塊基座上的高溫加載模塊隔熱外殼，高溫加載模塊隔熱外殼內用于設置被測試樣，且高溫加載模塊隔熱外殼內還設置有用于對被測試樣進行超高溫加熱的加熱裝置，高溫模塊及傳動模塊基座與微型電機及傳動裝置基座安裝在一起，且微型機械加載系統中通過微型電機帶動傳動裝置用于對高溫加載模塊隔熱外殼中的被測試樣進行拉伸。

技術領域

本實用新型涉及一種掃描電鏡下的超高溫斷裂原位觀測裝置，適用于超高溫陶瓷復合材料在超高溫服役環境下的實時原位斷裂行為觀測，屬于力學實驗領域特殊服役環境下的模擬裝置。

背景技術

隨著航空航天等高科技領域的飛速發展，能服役于高溫甚至是超高溫環境的關鍵熱端部件材料得到了廣泛的關注。目前，世界上最先進的航空渦輪發動機的推重比可達20:1，其發動機熱端進氣溫度接近2000℃；近年來多個大國競相研發的高超音速飛行器，其飛行速度通常大于5個馬赫，當高超音速飛行器以高速在大氣內飛行時，周圍的空氣受到壓縮并產生巨大的摩擦作用，使飛行器的動能大部分轉化為熱能，在飛行器舵/翼前緣等關鍵部位的表面溫度可達1400℃以上。面對如此惡劣的服役環境，在關鍵熱端部件處使用或涂覆抗高溫材料是保障航空航天構件安全性及可靠性的關鍵。以先進超高溫陶瓷復合材料為代表的關鍵熱端部件材料具有耐高溫、抗腐蝕及高強度等諸多優異的性能，然而，其斷裂韌性往往較低，容易在高溫服役過程中發生不可預料的災難性的斷裂破壞，這極大地影響了關鍵熱端部件的安全服役性能，嚴重制約著航空航天結構與裝備的發展。了解以超高溫陶瓷復合材料為代表的關鍵熱端部件材料在超高溫環境下的原位在線斷裂行為，對其安全設計、性能評估和壽命預測有著至關重要的作用。

目前，能夠實現高溫環境下實時在線觀測斷裂行為的裝置大多采用電阻絲或硅鉬棒加熱爐，同時使用高精度CCD攝像頭透過爐體上的石英玻璃窗采集斷裂圖像。然而，由于CCD技術自身的限制，其采集圖像的可放大倍數及分辨率通常較低(1000倍左右)，無法實現更微觀的斷裂行為圖像捕捉，也無法采集到斷裂破壞早期的裂紋萌生過程。而且，現有裝置大多在非真空環境下進行試驗，在高溫試驗過程中的氣流擾動對CCD攝像機的圖像采集造成了極大的干擾，嚴重影響其采集圖像的質量。

工作于真空環境下的掃描電子顯微鏡是已知的最有效的裂紋觀測設備，其放大倍數可到15萬倍以上，分辨率可達20nm以上。然而，目前基于掃描電子顯微鏡的斷裂行為觀測平臺，僅能實現常溫下的原位在線拉伸/彎曲加載和500℃高溫下的單獨觀測(無機械加載)，還未見到能將超高溫環境(1700℃以下)和機械加載同時集成于掃描電子顯微鏡并實現超高溫-力耦合加載的原位在線實驗平臺。

綜上所述，將超高溫環境(1700℃以下)與機械加載功能集成于掃描電子顯微鏡十分必要，需要開發一種掃描電鏡下的超高溫斷裂原位觀測裝置。

實用新型內容

本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種掃描電鏡下的超高溫斷裂原位觀測裝置。該裝置可以將超高溫環境(1700℃以下)與機械加載功能集成于掃描電子顯微鏡，在真空環境中利用掃描電子顯微鏡實現高倍數高分辨率的原位在線觀測。此外，該裝置還能實現同步的力學性能測試，結合原位在線斷裂行為，為理解材料的失效過程提供更多有益的信息。

本實用新型采用如下技術方案來實現的：

一種掃描電鏡下的超高溫斷裂原位觀測裝置，包括微型機械加載系統和高溫環境模塊；其中，

微型機械加載系統包括微型電機及傳動裝置基座，高溫模塊及傳動模塊基座，微型力傳感器和短距高精度激光位移傳感器，以及設置在微型電機及傳動裝置基座上的微型電機和傳動裝置，高溫模塊及傳動模塊基座與微型電機及傳動裝置基座在同一平面上安裝在一起；