[实用新型]基于扫描电镜下微型原位力学测试仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及微小型材料性能测试试验机，是可在扫描电镜动态监测下的拉压-剪切-扭转多载荷及复合加载模式的原位力学测试装置，便于获取更接近于材料实际服役条件下的微观性能。

背景技术

传统的材料力学性能测试技术大都停留在非原位测试阶段，如抗拉/压测试、冲击测试、硬度测试、疲劳测试、蠕变测试（持久强度和应力松弛试验）、断裂韧性测试、抗弯测试、抗扭测试等。这些传统的材料力学性能测试方法对人类开展学术研究与工程研究开发发挥了重要作用。但这些测试技术都是非原位测试，不能在材料性能测试过程中动态监测载荷作用下材料的变形损伤与性能演变规律，无法实现将材料的微观结构、变形行为、损伤机制及其与外部载荷作用和材料性能进行直接对应测量，已不能满足目前科技发展的需求。

其次，因各类固态材料及其制品服役期间工作条件较为复杂，不可避免地会受到拉伸/压缩-剪切等多载荷模式的同时作用，相同材料在不同载荷模式下将表现出迥然不同的力学行为。通过国内外研究现状的综述分析，目前已有的原位力学测试技术都无法实现针对三维宏观试件的接近材料真实力学服役条件下的多载荷模式的材料微观力学性能测试。

其中,现有的微小型单一拉伸/压缩模块的加载方式，其主要结构是通过直流伺服电机驱动，进过中间一级蜗轮蜗杆减速机构后带动单向丝杠旋转，丝杠通过支座固定在地板上，夹具工作台一段与螺母固连，另一端固定在地板上，当丝杠旋转时，带动螺母轴向移动，进而使一侧夹具工作台轴向移动，使试件轴向收到拉压。其设计弊端在于加载方式单一，只能加载轴向力，不符合材料在实际服役条件下的受力情况。且不是双向同步加载，很难保证原位观测。

本实用新型，针对复合载荷模式下材料力学行为、损伤机制以及性能演变规律测试方面的重要发展趋势以及现有研究存在的问题，从实现在扫描电子显微镜动态监测下的“拉伸/压缩-剪切-扭转”多载荷模式的原位力学测试原理与方法出发，着重研究测试平台在精密驱动、多载荷模式加载、检测、控制与原位监测等方面的基础理论与关键技术，在此基础上研制集“复合载荷、原位观测”与一体的微小型测试平台。

发明内容

本实用新型的目的是，针对传统材料力学性能测试仪不能实现原位观测和现有的微纳米级材料力学测试仪载荷单一，不能观测材料在接近实际服役条件下的力学行为、损伤机制以及性能演变规律的缺陷，提出一种由双精密驱动电机分别驱动，两级蜗轮蜗杆降速增扭，导轨与滚珠丝杠相互配合，光栅位移传感器、S型力传感器实时测量的微型原位材料力学性能测试仪，在“驱动、加载、检测”等功能的测试平台的配合下，实现在扫描电子显微镜动态监测下的“拉伸/压缩-剪切-扭转”单一及复合载荷模式的原位力学测试。

本实用新型按以下方案实现：

一种基于扫描电镜下微型原位力学测试仪，包括一工作台底板、固设在工作台底板上的导轨、分别通过滑块设置在导轨上的第I工作台和第II工作台、在两工作台上分别设置对应的夹具体；

穿置在该两个工作台两端的两根丝杠通过与每根丝杠上的两段反向螺纹配合的两个螺母中中的一个螺母与所述的第II工作台固连，另一个螺母与第I工作台外侧的力传感器支座固连，一力传感器两端分别固连在第I工作台和力传感器支座上；

在所述工作台底板的一侧固设第一直流伺服电机，其电机轴通过联轴器与第一涡轮副的涡杆轴相连接，通过平行设置在第一涡轮副涡轮轴上的两个二级传动涡轮副的涡轮轴与所述的穿置在该两个工作台两端的两根丝杠的一端相连接；

在所述工作台底板的另一侧固设第二直流伺服电机，其电机轴通过联轴器与第二涡轮副的涡杆轴相连接，通过设置在第二涡轮副涡轮轴上的二级传动涡轮副的涡轮轴与通过轴承支撑座固设在工作台底板上的花键套相连接；

在所述的第II工作台中通过推力轴承设置一扭转轴，一个所述的夹具体固设在扭转轴的一端，扭转轴的另一端制成花键轴插置在所述的花键套中并与其呈轴向滑配合。

在所述的导轨的一侧设置一光栅位移传感器，其两端的接口模块分别通过支架用螺钉固连在第I工作台和第II工作台侧端上。

本实用新型具有以下优越效果：

1）本实用新型机构布局及尺寸是基于扫描电镜的腔体结构进行设计的，以实现利用扫描电镜对试验过程进行实时动态观测，其尺寸为250mm*150mm*80mm。与现有类似试验机相比，不仅在机构尺寸上具有微型小型化的特点，同时也大大提高了试验机测量精度，在扫描电镜下实时观测材料在接近实际服役条件下的力学行为、损伤机制以及性能演变规律，从而较为准确地得到材料的微观力学性能。