[发明专利]具有惰性气体保护功能的高温微纳米压痕测试装置及方法

权利要求书

1.一种具有惰性气体保护功能的高温微纳米压痕测试装置，其特征在于：包括隔热单元（2）、惰性氛围加热单元（5）、宏观调整-精密加载单元（3）、显微成像单元（4）、XY精密位移平台（6）及大理石基座（1），所述惰性氛围加热单元（5）固定在隔热单元（2）的水冷底座（27）上，隔热单元（2）安装在XY精密位移平台（6）上，宏观调整-精密加载单元（3）、显微成像单元（4）、XY精密位移平台（6）分别固定在大理石基座（1）上，XY精密位移平台（6）带动隔热单元（2）、惰性氛围加热单元（5）及试验样品（35）进行XY方向的位移以实现压入点更换和显微成像位置的调整；

所述隔热单元（2）是：水冷铜管（29）焊接在开有冷却水流道的水冷底座（27）上，水冷炉体Ⅰ（22）和水冷炉体Ⅱ（26）分别与滑块（30）固联，安装滑块（30）的直线导轨（28）固定在水冷底座（27）上；锁紧螺母（24）安装在锁紧螺柱（23）上，锁紧螺柱（23）通过销联结安装在水冷炉体Ⅰ（22）上；

所述惰性氛围加热单元（5）是：加热装置底座（32）固定在陶瓷隔热底座（31）上，载物铜台（40）通过螺栓与加热装置底座（32）固联；载物铜台（40）开有U型槽，U型电阻加热器（39）置于载物铜台（40）的U型槽内，试验样品（35）通过高温胶粘结在载物铜台（40）上；喷嘴（34）与惰性气体管道（37）焊接在开有气体流道的加热装置上盖（33）上；通过螺栓连接将加热块支撑板（38）固定在加热装置底座（32）下方，并夹紧位于二者之间的电阻加热块（36），加热装置上盖（33）通过螺栓固定在加热装置底座（32）上方；惰性氛围加热单元（5）固定在隔热单元（2）的水冷底座（27）上；

所述宏观调整-精密加载单元（3）采用压电陶瓷叠层致动器（13）配合柔性铰链（17）作为压痕精密加载动力源，采用力传感器（20）与电容式位移传感器（10）对载荷-压深信号进行精密检测与反馈控制；Z轴精密调整滑台（15）安装在大理石基座（1）上，带动压头（7）位移调整位置；加载装置连接板（16）采用螺栓固定在Z轴精密调整滑台（15）的载物台上，由安装在加载装置连接板（16）上的压电陶瓷支承座（14）和柔性铰链（17）提供预紧力压紧压电陶瓷叠层致动器（13）；连接杆（19）螺纹固定在柔性铰链（17）下方，力传感器（20）和位移传感器测量板（21）串联在连接杆（19）与水冷压杆（9）之间，压头（7）粘结固定在陶瓷压杆（8）末端；夹持电容式位移传感器（10）的位移传感器支架（11）安装在精密手动位移台（12）上，精密手动位移台（12）通过螺栓连接固定在手动位移台安装板（18）上；

所述的显微成像单元（4）是：显微镜调整滑台（45）通过L形连接板（43）固定在大理石基座（1）上，显微镜支架（46）固定在显微镜调整滑台（45）的载物台上，通过紧定螺栓将同轴显微镜（42）与显微镜支架（46）固联；CCD图像采集器（44）固定在同轴显微镜（42）上方。

2.根据权利要求1所述的具有惰性气体保护功能的高温微纳米压痕测试装置，其特征在于：所述的惰性氛围加热单元（5）的加热装置上盖（33）开有惰性气体流道，惰性气体流入惰性氛围加热单元（5）内部；通过将惰性气体不断流入惰性氛围加热单元（5）内部的狭小空间使得惰性氛围加热单元（5）内部压强P1大于外界压强P2；惰性气体吹拂压头（7）后从隔热单元（2）与惰性氛围加热单元（5）上方预留的孔隙内喷出，稀释并驱赶惰性氛围加热单元（5）内的氧气；通过流动惰性气体带来的压强差及喷出的惰性气体的流速避免外界的氧气进入惰性氛围加热单元（5）内，通过这种方式无需封闭的密封腔或真空腔，即可避免高温作用下压头（7）和试验样品氧化对压痕测试结果造成影响。