[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于掃描電子顯微鏡原位觀測(cè)的疲勞加載裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010080996.7
• 申請(qǐng)日: 2020-02-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111141766A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳剛;馮少武;林強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N23/04
• 分類(lèi)號(hào): G01N23/04;G01N23/20;G01N23/20008;G01N3/32;G01N3/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 琪琛

本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，公開(kāi)了一種用于掃描電子顯微鏡原位觀測(cè)的疲勞加載裝置，主要由結(jié)構(gòu)體、力學(xué)加載單元、數(shù)據(jù)采集單元、固定連接單元和密封連接單元組成，力學(xué)加載單元和數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部；力學(xué)加載單元包括電機(jī)、第一帶輪、傳送帶、第二帶輪、壓帶輪、絲杠、螺母頂塊、夾具組；數(shù)據(jù)采集單元包括光柵尺、讀數(shù)頭、載荷傳感器；固定連接單元設(shè)置在結(jié)構(gòu)體底部，密封連接單元設(shè)置在SEM樣品室的出線(xiàn)口。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了SEM在線(xiàn)原位觀測(cè)材料疲勞試驗(yàn)過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)變化和損傷失效行為觀察，打破了一般原位觀測(cè)拉伸設(shè)備的常規(guī)限制，可集成拉伸、壓縮、疲勞等多種力學(xué)試驗(yàn)形式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種材料動(dòng)態(tài)力學(xué)微觀結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試的疲勞加載裝置。

背景技術(shù)

材料的力學(xué)性能是其諸多性能中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，對(duì)于材料獲得廣泛應(yīng)用具有重要意義。因此，對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行研究，成為材料科學(xué)研究中的重要工作。近年來(lái)，從微觀尺度分析和研究影響材料力學(xué)性能因素的微觀力學(xué)研究方法，是材料力學(xué)性能研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。在掃描電鏡中組裝具有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等功能的附加加載裝置后，可以將加載作用與對(duì)材料表面結(jié)構(gòu)的顯微觀測(cè)研究結(jié)合起來(lái)，甚至與材料的宏觀力學(xué)性能研究相結(jié)合，從而為研究影響材料力學(xué)性能的關(guān)鍵因素提供有力支撐。

原位加載掃描電鏡技術(shù)已逐漸成為材料性能研究中的一種重要技術(shù)，其中以原位拉伸試驗(yàn)應(yīng)用居多。掃描電鏡原位加載技術(shù)是觀測(cè)材料在拉伸作用下斷裂破壞行為最方便、直觀的觀測(cè)設(shè)備，但是，該技術(shù)也存在一定的缺陷：1、原位加載掃描電鏡技術(shù)多數(shù)用于材料拉伸試驗(yàn)的斷裂行為觀察，其傳動(dòng)方式難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)加載試驗(yàn)；2、SEM樣品腔的尺寸限制增大了集成拉伸、壓縮、剪切、疲勞等多種力學(xué)試驗(yàn)形式的困難；3、SEM觀測(cè)過(guò)程中需要真空環(huán)境，難以保證高感度載荷傳感器和位移傳感器信號(hào)的穩(wěn)定輸出，使數(shù)據(jù)采集形成困難；4、SEM載物臺(tái)與設(shè)備接觸面積小，不易固定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有原位加載掃描電鏡技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)疲勞加載的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種用于掃描電子顯微鏡原位觀測(cè)的疲勞加載裝置，實(shí)現(xiàn)了SEM在線(xiàn)原位觀測(cè)材料疲勞試驗(yàn)過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)變化和損傷失效行為觀察，打破了一般原位觀測(cè)拉伸設(shè)備的常規(guī)限制，可集成拉伸、壓縮、疲勞等多種力學(xué)試驗(yàn)形式，擴(kuò)大了原位觀測(cè)力學(xué)加載裝置的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種用于掃描電子顯微鏡原位觀測(cè)的疲勞加載裝置，包括電機(jī)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一帶輪，所述第一帶輪通過(guò)傳送帶連接第二帶輪，所述傳送帶由壓帶輪壓緊；

絲杠包括光軸區(qū)段和螺紋區(qū)段，所述光軸區(qū)段穿過(guò)所述第二帶輪的軸孔并與其固定連接，所述螺紋區(qū)段包括旋向相反且對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩段螺紋部分，每段所述螺紋部分分別穿接有一個(gè)螺母頂塊；兩個(gè)所述螺母頂塊與所述絲杠的兩段螺紋部分分別螺紋配合；

夾具組包括夾具、夾具蓋板、夾具連接架，所述夾具固定安裝在所述夾具連接架上，所述夾具和所述夾具蓋板之間通過(guò)安裝螺釘夾緊試樣；兩個(gè)所述夾具連接架的相對(duì)面分別固定連接所述螺母頂塊；

兩個(gè)夾具組通過(guò)單個(gè)所述絲杠連接，并通過(guò)所述絲桿與所述螺母頂塊的螺紋配合實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)試樣的拉伸、壓縮以及循環(huán)加載；

其中一個(gè)所述夾具連接架上安裝有光柵尺并對(duì)應(yīng)設(shè)置有讀數(shù)頭，另一個(gè)所述夾具連接架上安裝有載荷傳感器；所述光柵尺選用真空位移光柵尺，所述載荷傳感器選用真空載荷傳感器。

進(jìn)一步地，兩個(gè)所述夾具連接架的底部分別固定連接有滑塊，所述滑塊安裝在導(dǎo)軌內(nèi)可沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述電機(jī)選用微型真空直流電機(jī)，所述第一帶輪和所述第二帶輪選用高精密零回差行星輪，所述傳送帶選用梯形齒同步傳送帶；所述絲杠選用左右旋雙向滾珠絲杠。