[实用新型]高温拉伸/压缩载荷作用下材料力学性能原位测试平台

说明书

技术领域

    本实用新型涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种高温拉伸/压缩载荷作用下材料力学性能原位测试平台。本实用新型可独立作为测试装置对微小试件进行高温拉伸/压缩试验。也可与先进的显微呈像设备（如超景深显微镜， XRD摄像头等）集成使用，对整个实验过程，进行原位观测，得到材料的微观材料力学性能，以实现对载荷作用下材料变形、损伤的动态可视化原位监测。本实用新型可以揭示材料在微纳米尺度下的力学特性和损伤机理，对于新材料新工艺、精密光学、半导体技术、微机电系统（MEMS）技术等高技术产业的发展具有极为重要的推动作用。

背景技术

材料测试技术是材料科学与工程应用的重要手段和方法。所有零部件在实际使用过程中都不可避免地承受着力或温度的作用，在一定的使用条件和使用时间后，材料将发生变形、磨损、表面麻点等失效现象。显微观测是在失效分析中广泛使用的技术，通过对材料试样提供痕迹分析、裂纹分析和断口分析，以获取材料的基本性能和力学规律。

原位力学性能测试是指在微/纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试的过程中，通过光学显微镜、电子显微镜以及原子力显微镜等仪器对各种载荷作用下材料及其制品发生的微观变形、损伤进行全程动态在线监测的一种力学测试手段。该技术从微观层面揭示了各类材料及其制品的力学行为、损伤机理以及载荷的大小、种类与材料性能间的相关性规律。

在高压蒸汽锅炉、汽轮机、柴油机、化工设备、航空发动机以及航空航天等极端工作场合下，很多机械元器件长期工作在高温条件下。并且由于在高温下，载荷持续时间对力学性能有很大的影响。对于制造这类机件的金属材料，有必要研制出一系列特种实验仪器来研究它们在高温环境下的力学性能。

目前，现有的高温拉伸材料力学性能测试装置尚存在一些不足之处：（1）商业化的高温拉伸测试装置的体积较大，无法进行材料微观力学拉伸压缩性能测试；（2）传统加热方式加热时间过长，控制精度不高，难以进行变温度场或者进行动态力学测试；（3）加热区域温度过高，缺乏隔热措施，不易直接与商业显微镜兼容使用。

因此设计一种具有体积小巧，易于集成使用，加热速度快，工作温度高，温度精度高且稳定的高温拉伸测试装置具有十分重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高温拉伸/压缩载荷作用下材料力学性能原位测试平台，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型能够运用在高温度场下材料微观形貌观测中。通过精密驱动/传动单元输出精确载荷和微小位移，信号检测/分析单元实现高温拉伸/压缩载荷作用下材料微观力学性能测试过程的闭环控制，红外辐射加热单元采用非接触式加热，通过高能光束的照射，可在短时间内使被测试件样品达到较高温度；温控单元采用热电偶传感器实时检测试件温度，通过调节红外辐射灯管工作电压与水冷系统冷却液流量确保温度场恒定。本实用新型可独立作为测试装置对微小试件进行高温拉伸/压缩试验。也可与先进的显微呈像设备（如超景深显微镜， XRD摄像头等）集成使用，对整个实验过程，进行原位观测，获得材料的微观材料力学性能。集成性高，实用性强，既可以独立使用又可以与其他设备兼容使用。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

高温拉伸/压缩载荷作用下材料力学性能原位测试平台，包括精密驱动/传动单元、信号检测/控制单元、试件样品夹持单元，红外辐射加热单元14和温控单元。精密驱动/传动单元通过安装板Ⅱ6固定于温控单元上，伺服电机1通过联轴器12与精密滚珠丝杠11连接，丝杠螺母28固定于连接板5上，过渡套27上端固定于连接板5上，下端通过螺纹与夹持单元20上夹具体刚性连接，将电机提供的驱动力传递给夹持单元；信号检测/控制单元中的精密接触式电容位移传感器24固定于精密驱动/传动单元的移动板5和安装板Ⅱ6之间，通过检测连接板5的位移量来测量试件的变形量，拉压力传感器16上端通过螺纹与夹持单元20的下夹具体刚性连接，下端固定于温控单元的下保温罩中；红外辐射加热单元14固定于温控单元前保温罩与后保温罩内侧的凹槽中。实现在高温条件下拉伸/压缩载荷的准静态加载，结合光学显微镜，实现对试件在高温度场下变形过程的原位观测，进一步研究材料在温度场中的微观力学性能。