[实用新型]超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统

权利要求书

1、一种超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统，其特征在于，主要由具有X、Y轴精密定位的载物台(11)、Z轴方向的宏动调整机构、精密压入驱动单元(15)、用于观测和存储力学测试过程中材料的变形、损伤状况的精密显微成像系统和数字成像系统组成，所述的载物台(11)、Z轴方向的宏动调整机构和精密压入驱动单元均固定在底座(12)上，精密显微成像系统和数字成像系统装在载物台(11)之上，用于检测金刚石刀具压入材料内部的压力的精密力学传感器(10)和用于检测X、Y方向载物台的微小位移的精密位移传感器I(7)装在载物台(11)上，用于检测压入深度Z方向金刚石刀具的运动位移的精密位移传感器II(23)通过支架I(13)安装在底座(12)上。

2、根据权利要求1所述的一种超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统，其特征在于，所述的载物台(11)主要由微动台、音圈电机(25)和精密滚动导轨(8)组成，所述的微动台固定在底座(12)和连接板I(6)之间，音圈电机(25)和精密滚动导轨(8)固定在连接板I(6)上，并通过连接板I(6)上的两组U型槽定位，音圈电机(25)通过连杆(27)驱动导轨滑块(4)沿精密滚动导轨(8)移动，精密力学传感器(10)下端通过过度元件(9)安装在导轨滑块(4)上，精密力学传感器(10)上端与载物台(11)的上台板连接，精密位移传感器I(7)通过安装架I(5)安装在连接板I(6)上。

3、根据权利要求1或2所述的一种超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统，其特征在于，所述的载物台(11)在X轴方向上通过音圈电机(25)精密定位，载物台在X轴方向上的微小位移通过精密位移传感器I(7)检测，精密位移传感器I(7)检测到的位移信号作为音圈电机(25)控制电源的反馈信号，对划痕实验过程进行闭环控制；载物台在Y轴方向上通过测微丝杠I(1)进行精密定位和微小位移的检测。

4、根据权利要求1或2所述的一种超精密跨尺度原位纳米压痕/刻划测试系统，其特征在于，所述的载物台(11)下面装有精密力学传感器(10)，适时检测金刚石刀具(32)压入材料内部的压力，并将检测到的力信号作为压电叠堆驱动器(31)电源的反馈信号，形成闭环控制。

5、根据权利要求1所述的一种超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统，其特征在于，所述的Z轴方向的宏动调整机构由一竖直安装的精密微动台和连接板II(16)组成，微动台底座II(18)固定在竖板(19)上，连接板II(16)与微动台滑台II(17)固定连接，精密压入驱动单元(15)固定安装在连接板II(16)上，Z轴方向金刚石刀具(32)通过调整精密微动台的测微丝杠II(20)进行宏动调整。

6、根据权利要求1或5所述的一种超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统，其特征在于，所述的精密压入驱动单元(15)主要由柔性铰链(29)、压电叠堆驱动器(30、31)、金刚石刀具(32)、组成，柔性铰链(29)固定安装到Z轴方向的宏动调整机构的连接板II(16)上，并采用单体多自由度，能实现金刚石刀具(32)在Y轴和Z轴两个方向上的精密进给，柔性铰链(29)上装有两组压电叠堆驱动器(30、31)，金刚石刀具(32)通过锁紧螺钉(33)与柔性铰链(29)的悬臂连接在一起。

7、根据权利要求1所述的一种超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统，其特征在用于，精密位移传感器II(23)固定安装在安装座(14)上，安装座(14)与支架I(13)之间和支架I(13)与底座(12)之间通过滑槽螺栓连接，且在Y、Z轴上的相互位置可调。

8、根据权利要求1所述的一种超精密跨尺度原位纳米压痕刻划测试系统，其特征在于，所述的用于观测的精密显微成像系统和数字成像系统主要由高倍率的放大镜头(26)和CCD数字成像系统(28)组成，所述的高倍率的放大镜头(26)和CCD数字成像系统(28)安装在载物台(11)之上，并通过安装架II(24)、支架III(22)和支架II(21)固定在竖板(19)上，安装架II(24)与支架III(22)之间通过轴连接。在高分辨率显微成像系统下，能够实现对纳米压痕/刻划过程中载荷作用下材料发生的力学行为和损伤状况实施动态的原位监测。