[发明专利]一种低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试系统及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及对低维导电材料的疲劳性能测试系统和测试方法的建立，具体为 一种低维导电材料的弯曲疲劳可靠性的测试系统，及其被测试样体内裂纹萌生与 扩展信息的获得和材料疲劳寿命的测试方法。

背景技术

低维导电薄膜材料在现今电子信息、工业及医学等领域中有着广泛的应用， 如微/纳电机械系统(MEMS/NEMS)中的微电子触发开关，以及各种心血管支架 用材料等。上述器件在实际服役过程中承受往复弯曲、拉伸或扭转等复杂的交变 疲劳载荷的作用，了解器件中导电薄膜材料的疲劳性能对其设计和使用寿命预测 有很大的帮助。材料体内一旦有裂纹产生，其自身导电性能必然发生变化，对该 构件的正常使用带来隐患。因此，测试上述导电材料的弯曲疲劳性能与裂纹萌生 与扩展信息，对导电薄膜材料器件的实际应用中的可靠性设计、损伤容限设计以 及薄膜材料疲劳性能的理论研究具有重要的意义。

目前，在悬臂梁弯曲疲劳实验中，人们多采用直接测量试样夹头与加载端之 间的电阻，由于此类疲劳实验方法在悬臂梁弯曲试样与加载头之间不可避免地因 接触缝隙的存在，而产生巨大的接触电阻(千欧级)，此外还会在弯曲疲劳实验的 加载过程中接触的缝隙会不断的变化，导致测量电路时断时续，给电阻测量带来 不可避免的随机性，因此往往无法准确测量试样的电阻值及其变化情况；其他研 究者采用配套CCD探头的高倍数显微镜对疲劳试样进行直接观察，但这类方法 需要耗费大量的人力，并且实验结果只能获得被测导电试样的疲劳寿命，仍然得 不到被测导电试样的裂纹萌生与扩展信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精准、简单的针对微小尺寸导电薄膜、丝材等低 维导电材料弯曲疲劳可靠性能测试系统及测试方法，该测试系统及测试方法能表 征导电薄膜材料疲劳及裂纹萌生与扩展寿命，解决现有技术中存在的对导电薄膜 材料疲劳寿命测量误差大、无法准确测量裂纹的萌生寿命等问题。基于导电薄膜 材料实际工作过程遭受弯曲载荷作用的概率要多于遭受其它载荷，该疲劳系统及 测试方法对被测导电试样施加与薄膜材料服役工况相一致的弯曲疲劳载荷。

本发明的技术方案是：

一种低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试系统，该测试系统由电磁驱动部分、 疲劳加载与测量部分、检测与记录部分三部分组成；

(1)电磁驱动部分，包括数字函数发生器、功率放大器、电磁转换器，数字 函数发生器的输出端连接功率放大器，功率放大器的输出端连接电磁转换器，电 磁转换器的输出端连接疲劳加载与测量部分的楔形槽震动杆；

(2)疲劳加载与测量部分，包括楔形槽震动杆、被测导电试样、试样夹具、 螺旋测微器和测微器探头，试样夹具固定在三维移动机械架上，被测导电试样通 过试样夹具固定架固定在二维平台上，螺旋测微器及测微器探头由其固定架固定 在疲劳测试系统所在的二维光学平台上，楔形槽震动杆的一端与电磁转换器连接， 楔形槽震动杆的另一端与螺旋测微器的测微器探头连接，楔形槽震动杆上开有楔 形槽，被测导电试样的一端固定在试样夹具上，被测导电试样的另一端伸至楔形 槽中，被测导电试样通过固定在试样夹具上的电阻测量接触片的外引线与多通路 数字万用表相连；

(3)检测与记录部分，包括多通路数字万用表和与多通路数字万用表相连的 PC机；多通路数字万用表的一端连接被测导电试样，多通路数字万用表的另一端 与PC机相连。

所述的低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试系统，利用螺旋测微器前端连接 的测微器探头的移动来精确测量楔形槽震动杆的振幅，量程范围为1μm～4mm， 测量精度为1μm。

所述的低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试系统，试样夹具包括夹具主体、 夹具上压片、螺栓紧固件、电阻测量接触片，被测导电试样与试样夹具通过螺栓 紧固件相连接，电阻测量接触片直接与被测导电试样相连。

所述的低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试系统，夹具主体与夹具上压片为 不锈钢材料加工而成，并且通体均进行绝缘处理。

所述的低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试系统，夹具主体的一端上表面开 有台阶形结构，两个电阻测量接触片的一端分别伸至台阶形结构底层的两边，被 测导电试样的一端伸至台阶形结构底层的中部；夹具上压片压设于被测导电试样 和两个电阻测量接触片顶部，并与夹具主体的台阶形结构接合。

一种利用所述测试系统的低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试方法，具体步 骤如下：