[实用新型]显微组件下跨尺度原位微纳米三点/四点弯曲测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械领域，涉别涉及材料结构测试与原位测试领域，尤指一种显微组件下跨尺度原位微纳米三点/四点弯曲测试装置。安装在显微组件下对跨尺度原位纳米固体材料进行原位三点/四点弯曲力学测试和微观变形形貌、晶体形态变形观测的装置。可以将各种材料的微观变形机制和力学性能直接对应起来，揭示跨尺度材料力学性能与宏观性能的关系。 

背景技术

原位纳米力学测试是指在纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试中，通过电子显微镜等观测仪器对载荷作用下材料发生的微观变形损伤进行全程动态监测的一种力学测试技术。该技术深入的揭示了各类材料及其制品的微观力学行为、损伤机理及其与载荷作用和材料性能间的相关性规律。在诸多纳米力学测试的范畴中，弹性模量、硬度、断裂极限等参数是微构件力学特性测试中的最主要的测试对象，针对这些力学属性产生了多种测试方法，如拉伸/压缩法，扭转法、弯曲法、纳米压痕发和鼓膜法等，其中以原位弯曲测试能够反映构件材料的弯曲强度特性，并能最直观的测量材料弹性模量、屈服极限和断裂强度等重要力学参数。 

当前原位微纳米三点/四点弯曲测试的研究尚处萌芽状态，具体表现在：（1）受到原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜和透射电子显微镜（TEM）等的腔体空间的限制，目前的多数研究都集中在以MEMS/NEMS工艺为基础，对纳米管、纳米线以及薄膜材料等极微小结构的单纯原位纳米弯曲测试上，缺少对宏观尺寸的跨尺度原位纳米力学测试的深入研究，从而严重阻碍了学术界对尺寸较大的微小结构材料的微观力学行为和损伤机制的新现象、新规律的发现；（2）从测试手段和方法上来说，主要借助商业化的纳米压痕仪进行的原位纳米压痕测试和借助商业化的原为纳米拉伸仪进行的原位拉伸测试，两种方法均存在设备费用昂贵，测试方法单一，测试内容乏善可陈的特点。对结构紧凑，体积小巧的三点、四点弯曲两用的原位测试装置鲜有提及，极大制约了研究的深入与发展。 

此外，国外公司自主研发了一系列SEM原位力学弯曲测试装置，测试范围涵盖微纳米级试件和宏观试件，但依然存在装置体积过大，价格昂贵，并且未发现针对毫米级尺度试件的跨尺度测试装备。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种显微组件下跨尺度原位微纳米三点/四点弯曲测试装置，解决了现有机械设备在材料的机械性能测试和在此过程中观察试件微观形态变化是独立的、分离的、跨尺度的问题，以及现有测试设备体积大、结构复杂、费用昂贵及兼容性差等问题，通过不同的载荷加载方式对材料试件进行微观材料力学性能测试，进而提供一种电镜下跨尺度原位微微纳米三点/四点弯曲装置。 

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现： 

显微组件下跨尺度原位微纳米三点/四点弯曲测试装置，包括精密驱动控制单元、三自由度调整单元、传动及执行单元、信号检测单元和连接支撑单元；所述的精密驱动控制单元、传动及执行单元，包括直流伺服电机（30）、柔性联轴器Ⅰ、Ⅱ31-1、31-2、一级蜗杆24、一级蜗轮25、二级蜗杆26、二级涡轮Ⅰ、Ⅱ3-1、3-2及引导杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2，所述精密直流伺服电机30通过电机后部的支座法兰盘28与机架底板12连接，所述直流伺服电机30的输出轴与柔性联轴器Ⅰ31-1的一端螺钉紧固连接，所述柔性联轴器Ⅰ31-1的另一端通过柔性联轴器Ⅱ31-2、一级蜗杆支座32与一级蜗杆24螺钉紧固连接，所述一级蜗杆24与固定在二级蜗杆27中部的一级涡轮25相互配合，二级涡轮Ⅰ、Ⅱ3-1、3-2分别紧固在引导杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2上；通过涡轮蜗杆传动副将直流伺服电机30的动力传至二级蜗杆27上，分别通过紧固在引导杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2上的二级涡轮3-1、3-2带动的引导杠2-1、2-2的转动，二级蜗杆27两端分别由固定在机架12左右两侧的二级蜗杆支座1中的轴承支撑，引导杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2分别通过机架前、后、左、右侧板35、10、6-1、6-2内的紧固于后侧板10的轴承支撑；方螺母4与丝杠滚珠螺母33刚性固定连接，车架组上板5通过沉头螺母固定在方螺母4上方，所述丝杠滚珠螺母33分别与引导杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2的精密滚珠丝杠部分2-B啮合，通过引导杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2的转动带动移动车架组轴向沿引导杠Ⅰ、Ⅱ2-1、2-2运动；冲头座8通过螺钉固定在移动车架组、测力车架组的上板5、9的侧面，冲头7进而安装在冲头座8的导轨上。