[发明专利]一种用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，特别是涉及一种用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置。

背景技术

在材料科学中，材料的力学性能对于材料能否为工程服务十分关键。最常见的材料力学性能指标如杨氏模量、泊松比、抗压、抗拉、抗剪强度等都反映的是材料的宏观力学特性。而实际应用中，材料的一些变形力学行为并不能通过上述指标很好的解释。另外，宏观尺度研究很少涉及对损伤的研究，以及微裂缝无法用肉眼直接观测，有的研究也是通过间接的测量手段(声发射、超声波等)反映，因此需要从细观的角度寻求解决方案。近些年来，细观力学理论的蓬勃发展和成熟为解决上述问题提供了可能。但是，材料的力学特性受环境温度和湿度的影响较大，因此材料的力学表征试验一般需要施加耦合场；然而，常规的耦合场试验装置一般只对应宏观尺度，不能观测材料在加载过程中微结构的变化。此外，现有的观测材料微结构的手段如光学显微镜、扫描电镜、CT等一般对观测条件要求苛刻，很难实现耦合场的加载。

综上可知，在材料的力学性能测试中考虑微结构的变化是十分关键和必要的，然而目前对于在温度-湿度-应力耦合场(尤其是双轴应力)作用下耦合材料力学特性的细观尺度实验装置十分欠缺，这就迫切需要发明一种新的加载装置来解决这一问题。

有鉴于此，本发明人根据从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，用于温度-湿度-应力三场耦合场作用下材料力学细观特性的观测，以克服现有技术的缺陷。

为此，本发明提出一种用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，其包括：

双轴力学加载主机，其由一前侧壁、一后侧壁、一左侧壁、一右侧壁以及一底座围合而成，所述底座的中间处设置有一冷却台，以供放置试件；

两基座，分别水平安装于所述左侧壁及所述后侧壁上，所述基座的内端上连接有一固定压头；

两所述伺服电机控制加载系统，所述伺服电机控制系统包括一轴承、一滚珠丝杠、一减速机以及一驱动所述减速机工作的驱动单元，所述滚珠丝杠的内端与所述轴承的外端相连接，其外端与所述减速机的输出端相连接，所述轴承的内端与一力传感器的外端相连接，所述滚珠丝杠上嵌设有一光栅传感器，其中，两所述滚珠丝杠对应穿设于所述右侧壁及所述前侧壁；

其中，所述力传感器的内端连接有一移动压头，当所述冷却台上放置所述试件时，各所述固定压头及各所述移动压头能对应与所述试件的侧面相接。

如上所述的用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，其中，所述固定压头及所述移动压头与所述试件之间分别设置有一玻璃陶瓷垫板。

如上所述的用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，其中，所述冷却台上设置有一铜片垫层，所述试件的底面固定于所述铜片垫层上，所述试件的顶面覆盖有一铜片，所述铜片设有一中心孔。

如上所述的用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，其中，所述固定压头及所述移动压头分别为梯形压头，所述减速机为一蜗轮蜗杆减速机。

如上所述的用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，其中，所述驱动单元包括有一伺服加载电机、一加载伺服控制器、一测量控制器以及一计算机，所述加载伺服电机的输出端与所述减速机的输入端相连接，其与所述加载伺服控制器电连接，所述测量控制器与所述力传感器、所述光栅传感器、所述加载伺服控制器以及所述计算机电连接。

如上所述的用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，其中，所述双轴力学加载主机放置于一环境扫描电镜的内腔中，所述加载伺服控制器、所述测量控制器以及所述计算机位于所述环境扫描电镜之外。

如上所述的用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，其中，所述环境扫描电镜是型号为FEI Quanta 650型环境扫描电镜。

与现有技术相比，本发明提供的用于环境扫描电镜的材料双轴压缩加载装置，是一种基于双轴应力-温度-湿度耦合场作用下材料力学特性的细观尺度实验装置，通过冷却台控制试件的温度，通过环境扫描电镜控制试件周围的水蒸汽压，实现试件温度和相对湿度(为温度及水蒸汽压的函数)的控制，从而研究材料在饱水状态下的力学特性；

本发明在对试件加载载荷的过程中实时观测材料微结构的变化，对于不同加载阶段的环境扫描电镜图片进行数字图像相关技术分析，计算得到应变场，并通过应变场测量定量分析材料在耦合场作用下的变形、损伤及破坏过程中微结构的变化和微裂纹的发生与扩展过程，为相应的研究提供了条件。