[发明专利]低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统

权利要求书

1.一种低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：包括制冷蒸汽发生单元、真空/氛围腔室单元、低温氛围制冷腔室单元、压入深度在线溯源单元和微纳米压痕加载与检测单元（1）；其中，微纳米压痕加载与检测单元（1）与低温氛围制冷腔室单元整体置于真空/氛围腔室单元内，通过惰性气体置换排尽整个空间内的水蒸气，保证真空/氛围腔室内处于惰性气体氛围；制冷蒸汽发生单元的制冷气体连续控温喷口（38）经由真空/氛围腔室单元腔壁的制冷气体输入接口（33）利用金属软管（37）向低温氛围制冷腔室单元内泵入制冷气体实现制冷；低温氛围制冷腔室单元内的测温元件、压电驱动平台和激光探头线缆经由电气/光纤接口（31）通过连接线缆（29）与控制器及工控机（30）相连；

所述的低温氛围制冷腔室单元是：样品利用低温清漆粘接在样品台（130）上，进而固连在双层压电驱动平台（129）上；通过中空的导热支撑柱（10）对Z向高度进行补偿并通过楔槽安装结构（11）固连在热沉（17）底部，其中热沉（17）内侧间隔均匀的焊接液氮盘管II（14），保证热沉（17）制冷温度维持恒定并通过接触传热对样品台（130）上的样品进行制冷，同时液氮盘管II（14）回转线与双层压电驱动平台移动空间（9）不相交，避免产生运动干涉；热沉（17）外侧同时设计有盘绕焊接液氮盘管I（13）的冷屏（15），通过绝热支撑结构（12）将热沉（17）和冷屏（15）安装固定在低温氛围制冷腔体（5）上。

2.根据权利要求1所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的低温氛围制冷腔体（5）由低温氛围制冷腔体衬底支撑结构（8）、硬质聚氨酯泡沫隔热材料（52）、低温氛围制冷腔体不锈钢外罩（51）、低温氛围制冷腔盖（7）和密封圈（16）组成，采用堆积绝热方式隔热保温减少制冷量的漏热；低温氛围制冷腔体不锈钢外罩（51）通过法兰固定安装在真空/氛围腔室（32）大理石台上，并设计有液氮盘管出入接口法兰（2）、双层压电驱动平台低温真空引线接口法兰（3）、低温测温元件弱电信号引线接口法兰（4）和激光干涉仪探头低温真空光纤接口法兰（6），液氮盘管出入接口法兰（2）设计有安全阀和液氮流通回路的流入/流出快插低温接口。

3.根据权利要求1所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的液氮盘管I（13）、液氮盘管II（14）的截面形状为“回”字形或六边形。

4.根据权利要求2所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的低温氛围制冷腔盖（7）与热沉（17）的接合处采用长凸缘结构设计，通过与压杆间隙配合的通孔（18）结构减少热沉（17）内部制冷氮气的泄露量。

5.根据权利要求1所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的绝热支撑结构（12）主体结构采用玻璃钢支撑套筒（123），并通过三层内外过盈配合的硬铝法兰I（121）、硬铝法兰II（125）、硬铝圆盘I（126）、硬铝法兰III（127）、硬铝圆盘II（128）与楔槽安装结构（11）、热沉（17）、冷屏（15）、低温氛围制冷腔体衬底支撑结构（8）刚性连接；玻璃钢支撑套筒（123）筒内的硬铝法兰I（121）、硬铝圆盘I（126）、硬铝圆盘II（128）通过多层绝热圆筒I（122）、多层绝热圆筒II（124）互相接触同时保证隔热效果优异；

沿着玻璃钢支撑套筒（123）的轴线方向从上到下分为三层，第一层是硬铝法兰I（121），第二层是硬铝圆盘II （128）和硬铝法兰III（127），第三层是硬铝法兰II（125）和硬铝圆盘I（126），所述硬铝法兰I（121）、硬铝法兰II（125）和硬铝法兰III（127）均与玻璃钢支撑套筒（123）内过盈配合，所述硬铝圆盘I（126）和硬铝圆盘II（128）均与玻璃钢支撑套筒（123）外过盈配合。