本實用新型專利技術(shù)涉及一種顯微組件下跨尺度原位微納米三點/四點彎曲測試裝置，屬于機械類。包括精密驅(qū)動控制單元、具有三自由度的調(diào)整單元、傳動及執(zhí)行單元、信號檢測單元和連接支撐單元。其中精密驅(qū)動直流伺服電機通過柔性聯(lián)軸器與一級渦輪相連，一級渦輪通過渦輪蝸桿傳動副與二級渦輪相連，并且二級渦輪通過渦輪蝸桿傳動副分別與引導(dǎo)杠Ⅰ、Ⅱ相連，進而帶動彎曲測試沖頭完成測試動作。本實用新型專利技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊，功能可靠，安裝方便，便于操作，并且可以通過位移、載荷高精度控制算法對加載測試過程進行補償并對測試數(shù)據(jù)進行修正，能夠放置在體積限制的多種商業(yè)化顯微測試裝置中，精確進行微小尺度材料試件彎曲性能測試。（*該技術(shù)在2021年保護過期，可自由使用*）
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及機械領(lǐng)域，涉別涉及材料結(jié)構(gòu)測試與原位測試領(lǐng)域，尤指ー種顯微組件下跨尺度原位微納米三點/四點彎曲測試裝置。安裝在顯微組件下對跨尺度原位納米固體材料進行原位三點/四點彎曲力學測試和微觀變形形貌、晶體形態(tài)變形觀測的裝置。可以將各種材料的微觀變形機制和力學性能直接對應(yīng)起來，掲示跨尺度材料力學性能與宏觀性能的關(guān)系。
技術(shù)介紹
原位納米力學測試是指在納米尺度下對試件材料進行力學性能測試中，通過電子顯微鏡等觀測儀器對載荷作用下材料發(fā)生的微觀變形損傷進行全程動態(tài)監(jiān)測的ー種力學測試技木。該技術(shù)深入的掲示了各類材料及其制品的微觀力學行為、損傷機理及其與載荷 作用和材料性能間的相關(guān)性規(guī)律。在諸多納米力學測試的范疇中，彈性模量、硬度、斷裂極限等參數(shù)是微構(gòu)件力學特性測試中的最主要的測試對象，針對這些力學屬性產(chǎn)生了多種測試方法，如拉伸/壓縮法，扭轉(zhuǎn)法、彎曲法、納米壓痕發(fā)和鼓膜法等，其中以原位彎曲測試能夠反映構(gòu)件材料的彎曲強度特性，并能最直觀的測量材料彈性模量、屈服極限和斷裂強度等重要力學參數(shù)。當前原位微納米三點/四點彎曲測試的研究尚處萌芽狀態(tài)，具體表現(xiàn)在(1)受到原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡(TEM)等的腔體空間的限制，目前的多數(shù)研究都集中在以MEMS/NEMSエ藝為基礎(chǔ)，對納米管、納米線以及薄膜材料等極微小結(jié)構(gòu)的單純原位納米彎曲測試上，缺少對宏觀尺寸的跨尺度原位納米力學測試的深入研究，從而嚴重阻礙了學術(shù)界對尺寸較大的微小結(jié)構(gòu)材料的微觀力學行為和損傷機制的新現(xiàn)象、新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)；(2)從測試手段和方法上來說，主要借助商業(yè)化的納米壓痕儀進行的原位納米壓痕測試和借助商業(yè)化的原為納米拉伸儀進行的原位拉伸測試，兩種方法均存在設(shè)備費用昂貴，測試方法単一，測試內(nèi)容乏善可陳的特點。對結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧的三點、四點彎曲兩用的原位測試裝置鮮有提及，極大制約了研究的深入與發(fā)展。此外，國外公司自主研發(fā)了一系列SEM原位力學彎曲測試裝置，測試范圍涵蓋微納米級試件和宏觀試件，但依然存在裝置體積過大，價格昂貴，并且未發(fā)現(xiàn)針對毫米級尺度試件的跨尺度測試裝備。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種顯微組件下跨尺度原位微納米三點/四點彎曲測試裝置，解決了現(xiàn)有機械設(shè)備在材料的機械性能測試和在此過程中觀察試件微觀形態(tài)變化是獨立的、分離的、跨尺度的問題，以及現(xiàn)有測試設(shè)備體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費用昂貴及兼容性差等問題，通過不同的載荷加載方式對材料試件進行微觀材料力學性能測試，進而提供一種電鏡下跨尺度原位微微納米三點/四點彎曲裝置。本技術(shù)的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)顯微組件下跨尺度原位微納米三點/四點彎曲測試裝置，包括精密驅(qū)動控制單元、三自由度調(diào)整單元、傳動及執(zhí)行單元、信號檢測單元和連接支撐單元；所述的精密驅(qū)動控制單元、傳動及執(zhí)行單元，包括直流伺服電機(30)、柔性聯(lián)軸器I、11 31-1、31_2、ー級蝸桿24、一級蝸輪25、ニ級蝸桿26、ニ級渦輪I、11 3-1、3-2及引導(dǎo)杠I、11 2_1、2_2，所述精密直流伺服電機30通過電機后部的支座法蘭盤28與機架底板12連接，所述直流伺服電機30的輸出軸與柔性聯(lián)軸器I 31-1的一端螺釘緊固連接，所述柔性聯(lián)軸器I 31-1的另一端通過柔性聯(lián)軸器II 31-2、一級蝸桿支座32與一級蝸桿24螺釘緊固連接，所述ー級蝸桿24與固定在ニ級蝸桿27中部的一級渦輪25相互配合，ニ級渦輪I、II 3-1、3-2分別緊固在引導(dǎo)杠I、II 2-U2 -2上；通過渦輪蝸桿傳動副將直流伺服電機30的動カ傳至ニ級蝸桿27上，分別通過緊固在引導(dǎo)杠I、II 2-1、2-2上的ニ級渦輪3-1、3-2帶動的引導(dǎo)杠2-1、2-2的轉(zhuǎn)動，ニ級蝸桿27兩端分別由固定在機架12左右兩側(cè)的ニ級蝸桿支座I中的軸承支撐，弓丨導(dǎo)杠I、11 2-1、2-2分別通過機架前、后、左、右側(cè)板35、10、6-1、6-2內(nèi)的緊固于后側(cè)板10的軸承支撐；方螺母4與絲杠滾珠螺母33剛性固定連接，車架組上板5通過沉頭螺母固定在方螺母4上方，所述絲杠滾珠螺母33分別與引導(dǎo)杠I、11 2-1、2-2的精密滾珠絲杠部分2-B嚙合，通過引導(dǎo)杠I、11 2-1、2-2的轉(zhuǎn)動帶動移動車架組軸向沿引導(dǎo)杠I、11 2-1、2-2運動；沖頭座8通過螺釘固定在移動車架組、測カ車架組的上板5、9的側(cè)面，沖頭7進而安裝在沖頭座8的導(dǎo)軌上。所述的信號檢測單元由測カ傳感器11、位移傳感器34、光電編碼器29組成，所述測カ傳感器11的一端固定在機架后側(cè)板10上，另一端與測カ車架組的上板9后部連接，所述位移傳感器34 —端通過黏貼的方式與移動車架組的車架組上板5固定連接，另一端固定在機架前側(cè)板35上，所述光電編碼器29通過螺釘固定在直流伺服電機30后部。所述的三自由度調(diào)整單元是由機架12、楔形調(diào)整塊14、楔形導(dǎo)軌15、X、y方向手動調(diào)整工作臺16、17、錐齒輪組I、II 19-1、19-2組成，所述機架12的下方安裝有楔形導(dǎo)軌15，可通過手動調(diào)整螺釘I、II 13-1,13-2對精密驅(qū)動控制部分進行z方向進行微調(diào)，X、y方向手動調(diào)整工作臺16、17是由在X、y方向具有兩個自由度平移的錐齒輪組I、11 19-1、19-2構(gòu)成，其X方向的調(diào)整絲杠通過ー組X方向萬向節(jié)23與儀器外部的X方向操縱手輪22-2連接，y方向的調(diào)整絲杠通過ー對嚙合的錐齒輪組I、II 19-1、19-2、連接桿20及ー組y方向萬向節(jié)21與外部的y方向操縱手輪22-1連接，x、y方向手動調(diào)整工作臺16、17通過螺釘分別與上部的楔形導(dǎo)軌15和底部的底座連接板18連接，所述底座連接板18與顯微組件的載物臺連接。所述的測カ車架組是由方螺母4、滑動螺母36、測カ車架組上板9、沖頭座8組成，引導(dǎo)杠I、II 2-U2-2的光杠2-A部分和測カ車架組的滑動螺母36的內(nèi)孔緊密配合，使測力車架組沿光杠2-A做微小位移，所述的測力車架組的沖頭座8后面與力傳感器11的一端連接，通過測カ車架組對カ傳感器11施加的力來測得彎曲過程中的力信號。所述的移動車架組是由方螺母4、精密絲杠螺母33、移動車架組上板5、沖頭座8組成，所述精密絲杠螺母33與引導(dǎo)杠I、11 2-1、2-2的精密滾珠絲杠2-B部分嚙合，通過引導(dǎo)杠I、II 2-1、2-2的轉(zhuǎn)動帶動移動滑動組軸向沿精密滾珠絲杠2-B運動，移動車架組上板5通過沉頭螺釘固定連接在方螺母4上部。所述的沖頭7與試件的形狀結(jié)構(gòu)相配合，沖頭7是可更換的，方便了沖頭7磨損后的更換，同時可以進行三點、四點微觀材料的彎曲測試，也可根據(jù)試件的不同形狀結(jié)構(gòu)來更換不同結(jié)構(gòu)的沖頭7。所述的移動車架組的運動在微米級的范圍內(nèi)。通過精密滾珠絲杠2-B，在一次加載過程中的運動是單向的，通過兩級較大的轉(zhuǎn)動比減速后配合高線數(shù)的編碼器29，移動車架組的運動可以控制在微米級的范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)超精密的動態(tài)和靜態(tài)加載，同時也可以認為“準靜態(tài)”情況下的材料彎曲試驗。所述的直流伺服電機30與高線數(shù)的編碼器29或外部伺服驅(qū)動電路相配合，直流伺服電機30配合高線數(shù)的編碼器29可使輸出的運動具有多種方式，所述的直流伺服電機30可以通過外部伺服驅(qū)動電路的控制，使測試試驗部分的加載方式多祥化，既可以為連續(xù)加載，也可以為間歇加載。所述的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙宏偉，張霖，黃虎，胡曉利，史成利，馬志超，王開廳，李澤君，
申請(專利權(quán))人：吉林大學，
類型：實用新型
國別省市：
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