[发明专利]一种基于EBSD分析的原位力-热耦合加载装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种基于EBSD分析的原位力‑热耦合加载装置及试验方法。相对于现有的设计及测试手段的缺陷和不足，本发明的装置尺寸相对较小，结构紧凑，使用的测试方法能够基于不同温度及应变条件下对试样进行力学性能测试和EBSD分析，研究试样的晶相、微观形貌、晶粒取向的变化。

技术领域

本发明涉及微尺度温度-力学性能测试仪及试验方法，尤其涉及一种基于EBSD分析的原位力-热耦合加载装置及试验方法。

背景技术

随着现代材料科学、纳米材料、生物和医学材料的发展，传统的拉伸实验与检测手段已不能满足材料学科的发展趋势。在试样进行不同温度下拉伸/压缩等温度-力学加载试验的同时，通过对试样的微结构和力学性能测试显得尤为重要。而且由于试样特征尺度越来越小，因此研究一种尺寸微小、结构精密、数据可靠，能在电镜下安装的变温-拉伸/压缩等加载方式的试验机要求迫切。拉伸试验机当前通过施加拉伸/压缩方法的原位拉伸力学测试的研究已经在国外大量的文献有发表，具体优势在于可以与大部分商业的电镜，如扫描电子显微镜SEM和透射电子显微镜TEM等配合使用，目前的比如在MEMS/NEMS、碳纳米管、纳米线和薄膜材料等微小结构的进行的微尺度原位拉伸测试研究。为了适应材料科学的发展，通过电镜观察试样拉伸时的微观结构与状态，并由此研究材料微结构与拉伸状态的关系，成为一个越来越热门的研究话题。EBSD下的原位拉伸测试，是指在对试件材料进行拉伸测试过程中，通过引入扫描电子显微镜与EBSD对拉伸过程中材料组织及结构发生的微观变形、晶粒取向改变的过程进行观测的一种技术，这种测试技术可以揭示出外界载荷作用下材料微观变形和晶粒取向改变的规律，发现一些新的现象与问题。

目前，在电镜内现有的小型原位拉伸装置的尺寸都较大，并只能与特定型号的成型设备兼容使用，测试方法单一，并能与主流成像仪器均能兼容使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。而能与大部分成像仪器配合使用的Kammrath–Weiss、GATAN Microtest系列产品，不仅价格昂贵，而且尺寸相对较大，大大增加了拉伸实验的操作要求。

目前大多数现有的小型原位拉伸装置只能够对试样进行单一载荷下的微观力学性能的分析。而材料在实际的工作情况下，往往是不同温度的条件下工作，材料的各种力学性能已经不能以单一载荷测试下的性能进行评定。随着社会的发展，具有优良的力学性能的功能材料已经逐渐被人们所使用。这就使得对不同温度作用下试样的力学性能的分析的需求迫切。而现有的大多数原位加载装置很难满足上述条件下材料性能测试过程的检测，因此开发一种能够基于不同温度的原位材料力学性能测试装置以及基于不同温度进行分析的测试方法很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种基于EBSD分析的原位力-热耦合加载装置及试验方法。相对于现有的设计及测试手段的缺陷和不足，本发明的装置尺寸相对较小，结构紧凑，使用的测试方法能够基于不同温度及应变条件下对试样进行力学性能测试和EBSD分析，研究试样的晶相、微观结构、晶粒取向的变化。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种基于EBSD分析的原位力-热耦合加载装置，包括力学加载模块和用于给试样加热的智能温控模块；所述力学加载模块包括动力装置和夹持装置；所述夹持装置上设置有水平面成70°倾斜的样品台，试样通过夹头固定在样品台上。

进一步的，所述夹持装置和动力装置装置之间通过一二级蜗轮蜗杆和滚珠丝杆转动。

进一步的，所述夹持装置包括固定座、传感器连接板、滑块、微型导轨、向心轴承和装置基座；装置基座的左右两端分别安装有固定滚珠丝杆的固定座和电机固定板；固定座与电机固定板内部都安装有向心轴承，滚珠丝杆伸入向心轴承；装置基座上有两条微型导轨，导轨上安装有滑块；滑块的上部设置有传感器连接板，滑块下部通过滚珠丝杆螺(12)母上套接在滚珠丝杆上；

所述固定座和传感器连接板上设置有与水平面成70°倾斜的试样台，试样台上安装有夹头。

进一步的，所述夹头切割有45°的斜面。