[发明专利]一种微纳米刻划硬脆性材料试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种微纳米刻划硬脆性材料试验装置，包括：

用于固定试验样品(5)的试件夹具(4)；

用于固定试件夹具(4)的作业平台；

用于搭载刻划刀具(6)在XYZ方向移动的XYZ轴移动机构；该XYZ轴移动机构位于作业平台侧；

其特征在于：

所述XYZ轴移动机构包括：刀夹(7)、直线位移台(8)、测力仪(9)、Z轴进给装置(12)、Y轴进给装置(13)、X轴进给装置(15)；

所述刻划刀具(6)通过刀夹(7)固定并且连接在直线位移台(8)上；

X轴进给装置(15)、Y轴进给装置(13)通过螺栓连接在底座(1)上，通过丝杆传动方式进给；

直线位移台(8)通过螺栓连接装接在测力仪(9)上；该测力仪(9)通过装配连接铝块(10)以及Z轴固定块(11)装接在Z轴进给装置(12)上。

2.根据权利要求1所述微纳米刻划硬脆性材料试验装置，其特征在于：所述试件夹具包括基板(4-1)、位于基板(4-1)表面边缘处的带缺口的凹槽；该凹槽用于放置试验样品(5)；位于该凹槽的缺口一侧，设置有一用于挡住该缺口的挡块(4-2)，挡块(4-2)通过调节螺栓(4-3)连接在基板(4-1)的侧边。

3.根据权利要求2所述微纳米刻划硬脆性材料试验装置，其特征在于：所述作业平台包括：

固定安装在气浮平台上底座(1)；

竖直放置的调节平台基座(2)，其固定安装在底座(1)的顶面；

水平放置的调节平台(3)，其固定安装在调节平台基座(2)上；

试件夹具(4)通过螺栓固定安装在调节平台(3)的顶面；在调节平台(3)的下方设置有一调平螺栓(14)，以调整调节平台(3)的水平。

4.根据权利要求3所述微纳米刻划硬脆性材料试验装置，其特征在于：所述刻划刀具(6)为单颗金刚石刻划刀具。

5.一种如权利要求4所述微纳米刻划硬脆性材料试验装置的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

将试验样品(5)用镊子放入试件夹具(4)的凹槽内，事先应在凹槽的缺口侧以及与缺口对应的另一侧，各放置一层硅胶薄膜，通过挡块(4-2)和调节螺栓(4-3)实现试验样品(5)的装夹；通过调节螺栓(4-3)的松紧，可调节挡块(4-2)与试验样品(5)之间的预紧力度；挡块(4-2)安装时可高于试验样品(5)的高度；

将刻划刀具(6)固定在刀夹(7)上；

调平试验平台；通过X轴进给装置(15)、Y轴进给装置(13)使刻划刀具(6)位于试验样品(5)的正上方，通过Z轴进给装置(12)使刻划刀具(6)向试验样品(5)逐渐靠近，观察刻划刀具(6)与试验样品(5)的距离，测量两点的Z轴坐标，得出初始高度差，进而通过调平螺栓(14)进行螺距调整，使试验样品(5)的刻划表面与X轴进给方向平行；

对刀操作；当观察到刻划刀具(6)即将接触试验样品(5)时，用直线位移台(8)进一步小量程为10nm/s逼近，与此同时若测力仪(9)检测到力信号发生了的变化，则说明刻划刀具(6)已与试验样品(5)接触，记录下此时刻划刀具(6)的Z轴的坐标，完成对刀操作；

对试验样品(5)进行刻划，通过直线位移台(8)进一步控制刻划刀具(6)在Z轴方向刻划的深度，再控制X/Y轴方向的进给速度和进给距离，实现不同的刻划速度；进而在试验样品(5)的表面完成微刻作业。

6.根据权利要求5所述微纳米刻划硬脆性材料试验装置的试验方法，其特征在于还包括卸载及退刀步骤：

运行Z轴进给装置使刻划刀具(6)及刀夹(7)沿着Z轴负方向进给，完成刻划的卸载阶段，进一步退刀至安全高度。