[发明专利]基于扫描电镜环境下的纤维推出装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种纤维推出装置，特别是涉及一种基于扫描电镜环境下的纤维推出装置。

背景技术：

纤维增强复合材料在工程中被越来越广泛的采用，特别是在航空、航天领域和一些高科技行业，在改善工程结构性能方面获得了显著的成效。在纤维增强复合材料中界面面积占很大比例，界面的性质将直接影响纤维增强复合材料的各种力学性能，因此纤维增强复合材料的界面力学问题成为目前最为活跃的研究领域之一。在纤维增强复合材料成型过程中，由于纤维和基体的热膨胀系数和弹性模量的不匹配，在材料固结后，界面附近形成残余应力场。该残余应力场对于纤维增强复合材料的宏观力学性能，如强度、刚度，尤其是层间剪切、断裂、抗冲击、抗湿热老化以及波的传播等性能方面产生重要的影响。

对纤维增强复合材料界面力学性能的研究，虽然许多理论和数值模型已经建立，但是到目前为止，在这方面的实验研究却比较少。其主要原因是研究的区域非常小，纤维直径通常只有若干微米到几十微米，界面区更小，在这样小的区域内测量应力分布十分困难。针对金属基纤维增强复合材料，目前可以利用X-ray法和中子衍射法两种方法研究界面力学性能，但是对于树脂基纤维增强复合材料，目前基本没有办法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于扫描电镜环境下的纤维推出装置。本发明在扫描电镜环境下利用直径为20-40微米的压头将纤维增强复合材料超细纤维推出，达到释放残余应力的目的。并能够精确给出推出过程中纤维与界面间力与位移关系，其中，力的精度为0.001N，位移精度为1微米。

本发明的目的由如下技术方案实施，一种基于扫描电镜环境下的纤维推出装置，其包括扫描电镜、微型拉伸台(Deben Microtest tensile/compression/bending stage)、数据转换器、密闭壳体、连接杆和压头，所述微型拉伸台固定在所述密闭壳体内，所述连接杆的一端固定在所述微型拉伸台上，另一端与所述压头连接，所述密闭壳体上设有与所述扫描电镜腔体接口相配合的连接口，所述扫描电镜腔体接口与所述密闭壳体的所述连接口密闭连接，所述压头穿出所述连接口，延伸至所述扫描电镜样品室内，所述微型拉伸台的数据输出线穿过所述密闭壳体的所述连接口和所述扫描电镜腔体接口与所述数据转换器的数据输入端连接，所述数据转换器的数据输入端穿过所述扫描电镜壳体并与所述扫描电镜壳体密闭连接。

所述压头直径为20-40微米。

本发明的优点在于，本发明基于扫描电子显微纤维推出等功能，结合了电子束云纹高灵敏度、高空间分辨与纤维推出法的优势，可以用来测量界面强度和界面附近的残余应力场，观察界面损伤和破坏的细观力学过程，分析界面应力的分布规律，为纤维增强复合材料界面力学性能的研究提供新的手段。本发明基于扫描电镜环境下的纤维推出装置可用于航空航天领域里广泛使用的几种关键复合材料(碳纤维、SIC纤维、玻璃纤维和硼纤维增强复合材料)的界面残余应力场分析，结合数值计算和模拟技术，研究界面残余应力场与材料宏观性能之间的关系，为工程设计提供依据。

附图说明

图1为一种基于扫描电镜环境下的纤维推出装置结构示意图。

图2为扫描电镜下纤维推出原理图。

扫描电镜1，微型拉伸台2，数据转换器3，密闭壳体4，连接杆5，压头6，扫描电镜腔体接口7，连接口8，扫描电镜样品室9，数据输出线10，纤维增强复合材料11，载物台12，试样台13，纤维14。

具体实施方式：

实施例1：如图1所示，一种基于扫描电镜环境下的纤维推出装置，其包括扫描电镜1、微型拉伸台2、数据转换器3、密闭壳体4、连接杆5和压头6，微型拉伸台2固定在密闭壳体4内，连接杆5的一端固定在微型拉伸台2上，另一端与压头6连接，密闭壳体4上设有与扫描电镜腔体接口7相配合的连接口8，扫描电镜腔体接口7与密闭壳体4的连接口8密闭连接，压头6穿出连接口8，延伸至扫描电镜样品室9内，压头6直径为30微米。微型拉伸台2的数据输出线10穿过密闭壳体4的连接口8和扫描电镜腔体接口7与数据转换器3的数据输入端连接，数据转换器3的数据输入端穿过扫描电镜1壳体并与扫描电镜1壳体密闭连接。微型拉伸台2通过数据输出线10将其测得的压头位移与受力输入到数据转换器3，经数据转换器3转化为计算机识别的信号，再输入到计算机进行数据分析。微型拉伸台(Deben Microtest tensile/compression/bending stage)由Deben UK Ltd生产。

将纤维增强复合材料11夹放于倾斜45度的带有狭缝的载物台12上，将载物台12安放于扫描电镜试样台13上如图2所示。通过扫描电镜试样台13的轴向移动以及旋转，把被推出纤维14定位于压头6正下方，通过微型拉伸台2的传动装置带动压头6移动，通过压头6施加载荷将纤维14推出，达到释放残余应力的目的。并能够精确给出推出过程中纤维14与界面间力与位移关系，其中，力的精度为0.001N，位移精度为1微米，进而计算界面强度，分析界面附近的残余应力场。