[发明专利]扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器

权利要求书

1.一种扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器，其特征在于：包括驱动单元（21）、支撑单元（23）、夹持单元（22）、测量单元（24）及加热单元（25）；所述支撑单元（23）支撑所述夹持单元（22），并与扫描电子显微镜（1）的移动平台（11）连接；所述驱动单元（21）包括准静态力学载荷加载机构和动态疲劳载荷加载机构两部分，为样品构建静-动态力学载荷耦合的加载环境；所述测量单元（24）测量样品的静-动态力学载荷和位移；所述加热单元（25）为样品提供最高650℃的高温测试环境，所述加热单元（25）固定在支撑单元（23）的底板（236）上；

所述的测量单元（24）包括位移测量系统和载荷测量系统，所述位移测量系统包括光栅尺（2413）和读数头（2411），所述读数头安装在固定外壳（2412）上，且所述固定外壳（2412）上设有U型槽，用于读数头与光栅尺之间距离的微调；所述光栅尺安装在安装板（2414）上，安装板（2414）上设有与光栅尺等宽的凸台，用于光栅尺的安装定位；所述固定外壳（2412）和安装板（2414）分别安装在第一螺母座（2318）和第二螺母座（2319）的卡槽上；所述的载荷测量系统采用应变式力传感器（242）和压电力传感器（243）双传感器并联排布的测量方式，利用两传感器之间的刚度差的换算，既测量静态载荷，又实现动态载荷的测量；所述应变式力传感器（242）和压电力传感器（243）置于第一螺母座（2318）的凹型空间内且一端与第一过渡夹具（222）刚性连接，所述力传感器的另一端通过两个锁紧螺母与第一螺母座（2318）刚性连接；

所述的夹持单元（22）采用过渡夹具设计，实现包括拉伸、压缩、三点弯曲、四点弯曲、剪切载荷夹具的快速更换，包括第一过渡夹具（222）、第二过渡夹具（226）；所述第一过渡夹具（222）与测量单元（24）的应变式力传感器（242）、压电力传感器（243）刚性连接，所述第二过渡夹具（226）与支撑单元（23）的柔性铰链连接板（2310）刚性连接；所述第一、第二过渡夹具上切割有带有圆弧过渡的卡槽，用于实现不同夹具的快速安装和准确定位；所述第一、第二过渡夹具的底部分别安装有第一过渡夹具支撑调节板（223）、第二过渡夹具支撑调节板（225），通过调整所述第一、第二过渡夹具支撑调节板的厚度，实现夹具在高度方向的调整，适应扫描电子显微镜的不同工作距离；

所述的过渡夹具为三点弯曲夹具，其第一弯曲夹具体（2214c）一端固定于第一过渡夹具（222）的卡槽内，另一端两侧的圆弧槽内放置有支撑滚柱（2212c），并用拉簧（2211c）紧固；弯曲试样（2215c）紧贴支撑滚柱（2212c）放置，并用牛角托架（2216c）支撑，所述牛角托架（2216c）通过螺钉二（2213c）与第一弯曲夹具体（2214c）固定连接；所述第一弯曲夹具体（2214c）预设不同间距的圆弧槽，通过调整支撑滚柱（2212c）的间距，实现不同跨度的弯曲-疲劳测试。

2.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器，其特征在于：所述的准静态力学载荷加载机构是：真空型直流伺服电机（211）的输出轴与行星齿轮减速器（212）的一端连接，所述行星齿轮减速器（212）的输出轴与第一等径锥齿轮（213）相连，所述第一等径锥齿轮（213）通过顶丝固定在行星齿轮减速器（212）的转轴上；蜗杆（215）的一端连接第二等径锥齿轮（214），中间连接第一蜗轮（216）和第二蜗轮（217）；所述第一蜗轮（216）和第二蜗轮（217）连接丝杠传动单元的第一丝杠（218）和第二丝杠（219），并用顶丝和锁紧螺母进行周向和轴向定位锁紧；所述第一丝杠和第二丝杆两侧螺纹旋向相反，螺距相同，分别安装有第一螺母（2110）、第二螺母（2111）、第三螺母（2112）、第四螺母（2113），以驱动夹持单元（22），实现准静态力学载荷的加载。

3.根据权利要求1所述的扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器，其特征在于：所述的动态疲劳载荷加载机构由柔性铰链（2114）和压电叠堆（2115）组成，其中压电叠堆（2115）安装在柔性铰链（2114）的方形槽内，且其中心平面与夹持单元（22）的轴线处于同一平面；所述柔性铰链（2114）与支撑单元（23）的压电驱动固定块（238）刚性连接；所述压电驱动固定块（238）与第二螺母座（2319）刚性连接。