[实用新型]一种基于GM制冷机的纳米压痕装置

摘要

本实用新型公开了一种基于GM制冷机的纳米压痕装置，包括制冷单元、变温单元、纳米压痕单元、数据采集单元和控制单元，其中制冷单元连接变温单元，变温单元连接纳米压痕单元，纳米压痕单元连接数据采集单元，控制单元分别连接变温单元、纳米压痕单元和数据采集单元，本实用新型可满足样品温度在室温至液氦温度范围内可调，加热速率可调。用来测试不同温度和不同超导材料的力学性能，采用液氮和氦气作为冷却介质，无需液氦，降低了成本，可以摆脱对液氦的依赖和限制。有效的解决了GM制冷机的振动对测试结果的影响，且响应快、定位精确，能够实现精确变温控温、位移载荷信号的精密检测、微观精密压入。

主权项

一种基于GM制冷机的纳米压痕装置，其特征在于，包括纳米压痕单元、变温单元、制冷单元、数据采集单元和控制单元，所述制冷单元连接变温单元，所述变温单元连接纳米压痕单元，所述纳米压痕单元连接数据采集单元，所述控制单元分别连接所述变温单元、纳米压痕单元和数据采集单元，所述制冷单元包括液氮罐、外杜瓦、冷屏、冷屏冷却管、氦气瓶、GM制冷机、GM制冷机压缩机、制冷机盘管、防震机构、液氦容器、冷凝器、液氦液面计、盘管换热器和固氮容器，所述GM制冷机一端与GM制冷机压缩机连接，另一端通过冷凝器与液氦容器连接，所述冷凝器上缠绕有制冷机盘管，制冷机盘管连接有氦气瓶，所述液氦液面计垂直得安装在液氦容器内，所述冷屏通过冷屏冷却管与液氮罐连接，所述液氦容器和固氮容器均安装在冷屏内，所述冷屏安装在外杜瓦内，所述防震机构设置在所述GM制冷机下方并与外杜瓦相连，液氦容器与固氮容器之间通过盘管换热器连接，所述液氮罐通过固氮容器入口管路将液氮输入到固氮容器内，所述盘管换热器用于实现液氦跟液氮的换热并将液氮凝固直至固氮温度接近液氦温度，所述固氮容器安装在样品台下；所述变温单元包括冷指、铜编织带和加热器，所述冷指安装在固氮容器内，所述加热器安装在样品台底部，所述加热器通过铜编织与冷指连接；所述纳米压痕单元包括真空罩、样品台、移动装置、压力传感器、压杆、纳米压痕探头和原子力显微镜，所述真空罩为纳米压痕提供一个独立的真空环境，所述样品台用来放置实验样品，所述移动装置安装在样品台上方，所述移动装置用于控制压力传感器、压杆和原子力显微镜在XYZ方向移动，所述压力传感器用来测量压杆受力，所述纳米压痕探头安装在压杆下端，所述原子力显微镜观察压痕点位置和压痕过程；所述数据采集单元采集的信息包括液氦容器内液氦液位和压力、固氮容器内的压力、样品台温度、加热器功率、移动装置所获得的位移、压痕速度和压力传感器所获得的压力；所述控制单元包括控制计算机，所述控制计算机分别用于显示和控制液氦容器内液氦液位和压力、固氮容器内的压力、加热器的功率、样品台温度、移动装置的位移、压痕速度和压杆压力。