[发明专利]用于扫描显微环境的单轴双向微力学测量装置及测量方法

权利要求书

1.用于扫描显微环境的单轴双向微力学测量装置，其特征在于：

整体支撑单元（13）安装在SEM样品台基座（14）上，其上表面中心位置设置圆孔，在孔内安装可拉伸的SEM样品台（15），两侧对称位置分别设置三维坐标平移台和整体支撑单元连接基板（11）；

每个三维坐标平移台和整体支撑单元连接基板（11）分别安装由X方向平移压电导轨（1）、Y方向平移压电导轨（2）、Z方向平移压电导轨（3）组成的坐标式三维粗调平移台；Z方向平移压电导轨（3）的上端与粗调平台连接臂（4）固接，粗调平台连接臂（4）通过压电套管（5）与细调压电陶瓷三维移动平台（6）连接；细调压电陶瓷三维移动平台（6）的前端通过传感器与细调平移台连接套管（7）与传感器（8）连接，传感器（8）的前端与试样平台（9）固接。

2.根据权利要求1所述的用于扫描显微环境的单轴双向微力学测量装置，其特征在于：所述整体支撑单元（13）与SEM样品台基座（14）之间通过3个内螺丝、两个定位销（16）固定连接。

3.根据权利要求1所述的用于扫描显微环境的单轴双向微力学测量装置，其特征在于：所述X方向平移压电导轨（1）、Y方向平移压电导轨（2）、Z方向平移压电导轨（3）均分别由一个一维压电电机和一根导轨组成。

4.根据权利要求1所述的用于扫描显微环境的单轴双向微力学测量装置，其特征在于：所述试样平台（9）为平面型对称载物端、V型载物端或探针型载物端，并相应的配置压紧固定结构。

5.一种基于权利要求1所述装置的测量方法，其特征在于，该方法按如下步骤进行：

（a）根据试样特征尺寸选择在光学或SEM成像环境调整试样平台（9）对中、平直，轴线一致后锁定；调整试样平台（9）达到合适的初始载物间距；在光学显微镜或SEM腔体中完成试样夹持和安装，安装时保证试样的长轴线与SEM样品台（15）拉伸轴线重合；

（b）调整扫描显微系统的检测平台位置、放大倍数、成像及图像采集系统并使其处在检测状态，然后驱动装置对试件进行单轴双向微拉伸实验，并同时通过SEM扫描图像记录试样检测区域的序列变形图像；

（c）对所得的序列变形图像分别进行数字图像处理、微标记分析，获得试样拉伸时检测区域在单轴双向拉伸过程中表面微结构变形演化情况；与此同时结合微力传感器得到对应的载荷信息，即可获得检测试样的力-位移或应力-应变曲线，以及其它力学性能参量，并结合有关拉伸材料的微观结构、微形貌方面的知识和理论进行分析。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤（a）中，试样为大尺度试样且在光学显微环境下安装试样时，使用胶将试样两端粘接在对称的试样平台（9）上固化，然后再将整个测量装置放入SEM环境腔完成后续操作和测量。

7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤（a）中，试样为微纳米试样时，将试样平台（9）已调整对中和平直的装置放入SEM环境腔，通过SEM成像观察，并利用辅助操纵设备将要检测的微纳米试样加装到试样平台（9）上，并通过电子束沉积焊接固定。