[发明专利]一种超声共振谱仪低温测试装置

说明书

本发明提供了一种超声共振谱仪低温测试装置，整个装置分为探头搭载装置、低温环境实现装置和真空环境实现装置三个模块。该装置集实验所需的真空环境、低温环境以及探头安装系统等于一身，提高了实验效率。该装置结构简单、可靠、成本低。采用模块化设计，易于运输，易于加工，仅需要较低的控制系统要求。整套装置易于拆解，便于维护，且实验样品的测试安装便捷。本发明是国内首个利用超声共振法测试材料低温力学性能的实验系统，不仅对于认识合金(特别是非晶合金)的微观结构和性能之间的联系有重要科学意义，而且对于极端环境下各种材料力学性能评价有重要意义，在航天航空等领域具有潜在的重大需求。

技术领域

本发明属于材料性能测量领域，特别是涉及一种超声共振谱仪低温测试装置。

背景技术

现今的材料研究领域中，晶体材料的结构和力学性能研究已经比较成熟，本领域技术人员已经能够在晶体的微观宏观结构、静力学动力学特性和缺陷理论等方面建立起比较完善的认知系统。然而现有技术中本领域技术人员对于非晶态物质的研究还十分欠缺，但恰恰非晶物质占据着这个世界的绝大部分，比如岩石、塑料、玻璃等。

非晶合金和一般金属相比较，优越性体现在：1)非晶合金不仅比对应的晶态金属强度硬度要好，而且部分非晶合金也表现出良好的韧性，便于加工；2)非晶合金由于结构均匀，无晶界和位错，以及因为没有凝固结晶的过程，不存在沉淀相、偏析等能引起局部电化学腐蚀的因素，很多非晶的合金表现出极强抗腐蚀特性；3)铁基的非晶合金有高饱和磁感应强度，而且它在空载时损耗低，作为一种绿色节能材料，可以被用来制成变压器的铁芯。近几年非晶态材料引起了本领域技术人员的广泛兴趣，尤其是对于非晶合金。

由于对于非晶态材料研究的局限性，现有技术中本领域技术人员对于非晶物质的结构、玻璃转变和形变机制三者的研究还不十分清楚。目前本领域技术人员并没有掌握非晶物质的微观结构，玻璃转变的过程机理和形变的方式与模型，然而解决非晶态材料形成能力问题的关键在于玻璃转变，解决脆性难题的关键在于形变机制，这两个难题正是非晶态材料更广泛应用的绊脚石。近十几年来的研究发现，材料的弹性模量与它的微观结构、玻璃转变温度、玻璃形成能力、弛豫行为以及力学性能有着密切且系统的关联。因而对于非晶态材料弹性模量的测量变成了突破难题的关键。已有的超声共振谱仪是现有测试方法中比较适应于非晶态材料的测量方法，它利用材料的共振频率与材料的尺寸、质量以及弹性常数有关的特性，让样品在几乎没有应力作用的状态发生自由振动获取共振频率，然后与根据尺寸质量以及预估弹性常数得到的理论计算值进行比较，反复迭代，分析计算得到弹性模量。

目前而言，国内超声共振谱仪仅能进行常温实验，由于变温下材料弹性模量的测试可以对极端环境下使用的特种材料进行分析和检测，国外在低温扩展装置的技术上对中国是限制出口的，而材料在广泛的温度范围内的弹性模量对于更加系统地了解各种非晶合金以及让它们的工程应用变成可能具有重要的意义，需要对超声共振谱仪低温测试装置进行设计开发。

国外已有技术中超声共振谱仪低温测试单元是将探头制成细长杆状插入到液氮罐或液氦环境中进行测量，温度的控制还是以提拉法为主，不管是在液氮罐或液氦环境中温度测控都需要外加装置，该单元自身是不具备所需的低温测试装置的完整功能。而且部件在每次实验之后都必须全部拆卸重新组装，否则，新样品无法搁置到探头之间的，这明显地降低了实验效率。且提拉过程中易造成样品晃动或脱落，对实验结果造成影响。

因此，现有技术急需一种超声共振谱仪低温测试装置，实现对非晶态材料的精确检测。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题。为此，本发明提出一种超声共振谱仪低温测试装置，该装置能够实现对非晶态材料的精确检测，具有集低温实验所需的真空环境、低温环境以及探头安装系统等于一身，系统设计提高了实验效率的特点。