[發(fā)明專利]一種可觀測型微納米力學(xué)測試裝置及測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011586567.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112611662A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬增勝;孫坤;周益春
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/42
• 分類號(hào): G01N3/42;G01N3/06;G01N3/04;G01N3/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 史云聰

本發(fā)明公開一種可觀測型微納米力學(xué)測試裝置及測試方法，涉及精密科學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域；該裝置包括支撐組件、驅(qū)動(dòng)組件、載物組件和成像組件；所述驅(qū)動(dòng)組件和成像組件分別豎直設(shè)置于所述支撐組件上，所述載物組件水平設(shè)置于所述支撐組件上，且所述載物組件位于所述驅(qū)動(dòng)組件和成像組件下方；所述載物組件用于承載試樣和實(shí)現(xiàn)試樣的移動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)組件用于驅(qū)動(dòng)壓頭在試樣上施加載荷，并使試樣產(chǎn)生壓痕；所述成像組件用于觀測并分析試樣上的壓痕?；诒景l(fā)明上述測試裝置所進(jìn)行的測試方法，能夠有效測量材料的力學(xué)性能參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)果精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密科學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可觀測型微納米力學(xué)測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料微觀尺度下的壓入實(shí)驗(yàn)已經(jīng)逐漸成為研究其力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，并廣泛應(yīng)用于材料表面工程、微電子器件、金屬陶瓷測試、半導(dǎo)體研發(fā)、生物工程和醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域。對比傳統(tǒng)力學(xué)性能測試手段，微壓入實(shí)驗(yàn)具有操作簡單、制樣簡單、測試內(nèi)容豐富、微損傷等顯著特點(diǎn)，已被廣泛用于測試材料的硬度、模量、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、斷裂韌性以及蠕變松弛等特性。因此，著手研究可觀測性微納米力學(xué)測試設(shè)備，為測試材料的力學(xué)性能參數(shù)提供有效的方法及儀器，是我們亟待解決的方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可觀測型微納米力學(xué)測試裝置及測試方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠有效測量材料的力學(xué)性能參數(shù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種可觀測型微納米力學(xué)測試裝置，包括支撐組件、驅(qū)動(dòng)組件、載物組件和成像組件；所述驅(qū)動(dòng)組件和成像組件分別豎直設(shè)置于所述支撐組件上，所述載物組件水平設(shè)置于所述支撐組件上，且所述載物組件位于所述驅(qū)動(dòng)組件和成像組件下方；所述載物組件用于承載試樣和實(shí)現(xiàn)試樣的移動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)組件用于驅(qū)動(dòng)壓頭在試樣上施加載荷，并使試樣產(chǎn)生壓痕；所述成像組件用于觀測并分析試樣上的壓痕。

可選的，所述支撐組件包括支撐底板和支撐背板，所述支撐底板水平設(shè)置，所述支撐背板固定豎直設(shè)置于所述支撐底板頂部一側(cè)；所述驅(qū)動(dòng)組件和成像組件設(shè)置于所述支撐背板上，所述載物組件設(shè)置于所述支撐底板上。

可選的，所述載物組件包括X軸精密滑臺(tái)，所述X軸精密滑臺(tái)上水平滑動(dòng)設(shè)置有滑塊，所述滑塊頂部固定安裝有轉(zhuǎn)接板，所述轉(zhuǎn)接板頂部固定連接有夾臺(tái)，所述夾臺(tái)用于夾持試樣；所述X軸精密滑臺(tái)底部固定設(shè)置于所述支撐底板上。

可選的，所述驅(qū)動(dòng)組件包括包括支撐模塊、精密下壓裝置、載荷檢測模塊和位移檢測模塊；所述支撐模塊包括懸臂梁和光柵固定架，所述光柵固定架固定安裝在水平設(shè)置的所述懸臂梁下部，所述精密下壓裝置固定連接在所述懸臂梁上，且所述精密下壓裝置的輸出軸豎直朝下設(shè)置，所述載荷檢測模塊螺紋固定連接在所述精密下壓裝置的輸出軸下端，所述位移檢測模塊固定連接在所述光柵固定架上，所述載荷檢測模塊下端固定連接有壓頭固定器，所述壓頭固定器用于固定安裝壓頭；所述懸臂梁一端與所述支撐背板固定連接。

可選的，所述成像組件包括顯微鏡、顯微鏡支架和Z軸滑臺(tái)；所述顯微鏡采用頂絲固定在所述顯微鏡支架頂部，所述顯微鏡支架底部一側(cè)通過螺栓固定在所述Z軸滑臺(tái)上，所述Z軸滑臺(tái)通過螺栓固定在所述支撐背板上。

可選的，所述精密下壓裝置為直線步進(jìn)電機(jī)，所述精密下壓裝置通過螺栓固定連接在所述懸臂梁上；所述載荷檢測模塊為力傳感器，所述力傳感器頂部通過轉(zhuǎn)接頭與所述精密下壓裝置連接，所述力傳感器底部與所述壓頭固定器連接；所述位移檢測模塊包括光柵尺和光柵讀數(shù)頭，所述光柵固定架上設(shè)有長圓孔，所述光柵讀數(shù)頭通過螺栓固定連接在所述光柵固定架的長圓孔上，所述光柵尺粘貼在所述壓頭固定器上，所述光柵尺與所述光柵讀數(shù)頭相對設(shè)置且所述光柵尺平行于所述光柵讀數(shù)頭。