[实用新型]显微组件下大行程低温漂的低温微纳米压痕测试系统

说明书

本实用新型涉及一种显微组件下大行程低温漂的低温微纳米压痕测试系统，属于精密仪器技术领域。包括真空室系统模块、滑动式低温恒温器组件和压痕测试机械结构模块。利用精密位移驱动平台配合音圈电机的混合驱动方式，实现大行程准静态加载，利用接触制冷方式对样品和压头同时制冷，通过内嵌集成的加热元件和测温元件，实现连续变温闭环调节并削弱低温“温漂”对测试结果的影响，利用显微成像组件实现对压痕位置的精确定位与表面形貌原位观测。为开展材料在低温环境下的力学性能以及材料力学性能随温度的变化规律等研究提供试验基础，对航空航天、极地和深海科考装备以及超导传输设备等关键服役材料力学性能的研究具有显著的应用价值。

技术领域

本实用新型涉及精密仪器技术领域，特别涉及一种显微组件下大行程低温漂的低温微纳米压痕测试系统。可用于研究材料在低温环境下的力学性能以及材料力学性能随温度的变化规律，对航天发动机、极地和深海科考装备以及超导传输设备等关键服役材料力学性能的研究具有显著的应用价值。

背景技术

近年来，随着新材料合成和制备工艺不断提高，其特征尺寸越来越小，在使用传统的标准试验对其进行力学参数测量时，可能会出现夹持、对中等一系列问题。为此，鉴于传统的宏观硬度试验，提出了微纳米压痕测试方法。

微纳米压痕测试技术主要利用高分辨力的载荷和位移传感器，实时采集、显示、处理载荷和位移数据，准确可靠地测得压入载荷-深度曲线。在此基础上，建立适当的力学模型，实现对测试材料的硬度、模量、疲劳特性、断裂韧度以及蠕变性能等多种力学参量的测量。由于其不仅对测试材料表面损伤程度较小，并具有操作方便、样品制备简单、测试内容丰富等优点，目前基于该测试方法的国外商业化压入仪器已经逐渐成为研究新材料微观力学行为与组织结构演化规律等的重要科研设备。

目前，传统微纳米压痕测试仪器主要都是在常温下对材料进行测试，由于实际材料服役环境极为复杂，不可避免会受到温度场的直接作用。近年来，针对航天发动机、极地和深海科考装备以及超导传输设备等关键服役材料力学性能的研究受到国内外学术界和工程界的广泛关注，但是用于研究材料在低温环境下的力学性能以及材料力学性能随温度的变化规律的微纳米压痕测试系统还不是很多，由研究机构自主研发的低温微纳米压痕测试系统普遍存在较大的低温“温漂”，且随着温度降低“温漂”现象越为显著，严重影响测试结果的准确性，同时往往无法实现大行程精密压入，如中国专利（CN 104596873 A），涉及一种具有真空防护性的变温微纳米压痕测试系统，利用置于真空氛围内的样品局部温度加载与检测组件，实现温度范围的扩展，并在压入载荷加载驱动方式上同时采用电机和压电两种驱动方式，实现压入行程的可调，但其在电机驱动加载模式下大行程压痕测试的加载精度不足，并且没有集成原位监测设备，不能实现对样品试验前后表面形貌的原位监测，增加人为误差及试验时间。再如中国专利（CN 107421825 A），涉及一种基于GM制冷机的纳米压痕装置，采用液氮和氦气作为制冷介质，极大地降低了试验成本，并集成原子力显微镜实现对样品试验前后表面形貌原位监测，但由于仅对样品进行制冷的方式会存在压头与样品的低温“温漂”问题。

因此，设计开发能够实现原位监测、大行程精确加载以及低“温漂”的低温微纳米压痕测试系统将在材料科学、航空航天和超导应用等领域具有极大的发展前景和应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种显微组件下大行程低温漂的低温微纳米压痕测试系统，解决现有低温压入技术中存在的大行程加载精度不足以及低温“温漂”影响等问题，本实用新型可以实现原位监测、大行程精确加载以及低“温漂”的低温微纳米压痕测试，研究在低温环境下的力学性能以及材料力学性能随温度的变化规律。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：