[实用新型]一种多物理耦合场下小样品力学性能测试用模具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多物理耦合场下小样品力学性能测试用模具，属于材料性能评价领域。

背景技术

随着信息时代的来临，功能材料及器件的小型化和膜片化已成为材料应用发展的重要趋势之一，而传统的力学性能测试技术已不能满足微型化的功能材料及器件的发展需求，同时，为了适应功能材料及器件多场耦合的应用环境，迫切需要一种能够评价小样品在力、热、电及其耦合条件下力学性能的测试技术，而其中模具的设计是实现多场耦合条件下材料力学性能评价的关键因素。

目前，小样品材料力学性能测试用模具一般由传载球、导向模、承载模和压杆组成，基于小冲压(Small punch)试验方法，和材料力学性能试验机(静态)配合使用，可以完成力场下材料力学性能的测试，相关的报道较多；在上述力场试验条件的基础上，与高温炉配合使用，可以完成力热耦合场下材料力学性能的测试需求，但一体结构的承载模设计容易在高温测试中发生由热膨胀引起的模具损坏，同时，样品也不易取放，力热耦合条件下小样品力学性能测试的报道相对少一些；在上述力场试验条件的基础上，与高压电源配套使用，日本东北大学完成了力电耦合场下小样品断裂性能的测试，但力电耦合场下其它性能的测试未见报道；而力热电耦合场中小样品力学性能的测试也未见报道。由于功能材料一般处于比较复杂的工作环境，同时在工程应用中也往往利用其力、热和电等多场耦合的特性，因此，迫切需要相应的测试设备及配套模具。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种多物理耦合场下小样品力学性能测试用模具，为了实现上述目的，进行了如下设计：

本实用新型模具包括传载球(1)、上导向模(2)、压杆(3)、下导向模(4)、上承载模(5)和下承载模(6)六个部件，具体特征为：

上导向模(2)是一柱体结构，柱体上段尺寸大于下段尺寸；其上端面中部具有一半球形凹槽，凹槽尺寸与传载球(1)尺寸相当；柱体下段尺寸与下导向模(4)上部凹槽尺寸相当；上导向模(2)下端含一上方封闭的圆柱形内孔；

所述的柱体优选圆柱体或方形柱体。

压杆(3)为一细长圆柱状杆，上端面为半球头，与小样品(7)接触的下端为平头，压杆(3)直径小于下导向模(4)下部圆柱状通孔直径；压杆(3)与上导向模(2)、下导向模(4)配合，用于传递载荷。

下导向模(4)是一柱状结构，上段柱体尺寸大于下段尺寸；其上端面中部具有柱形凹槽，固定上导向模(2)；下段柱体为方形，与上承载模(5)上部凹槽尺寸相当，放置在上承载模(5)内；下导向模(4)内具有一上端与凹槽连通的圆柱状通孔，通孔中轴与下导向模(4)中轴重合；

所述的上段柱体及柱形凹槽优选圆柱体或方形柱体。

上承载模(5)是一柱状结构，上端面具有一方形凹槽，固定下导向模(4)；下段柱体中有一个凹槽，与上端面方形凹槽相通，凹槽与下承载模(6)尺寸相当，放置在下承载模(6)上；上承载模(5)下部两侧开有槽口；

所述的柱状优选圆柱状或方形柱状。

下承载模(6)是一柱状结构，柱状内部含有通孔，通孔中轴与下承载模(6)中轴重合，通孔尺寸大于压杆(3)尺寸；下承载模(6)下部具有柱状凹槽，凹槽上端与通孔相通，便于小样品(7)下表面变形的测试。

所述的柱状优选圆柱状或方形柱状。

小样品(7)包括圆片和方片，厚度可选用多种尺寸，优选厚度尺寸为0.3-0.7mm，优选圆片直径、方片边长为8-10mm。

本实用新型模具装置的有益效果：

1.将一体化结构的承载模设计改为上、下两部分的分体结构，具体包括上承载模(5)和下承载模(6)，这样可以解决高温测试中由于热膨胀引起的一体化承载模具的损坏以及小样品(7)取放不便的问题，以实现力热耦合条件下小样品(7)的力学性能测试。

2.在上承载模(5)两侧开槽，这一设计便于高压电源(10)两极及压电陶瓷小样品(7)上、下表面间的电路连接，同时给连接线路外部的绝缘处理预留空间，以实现力电耦合场中压电陶瓷小样品(7)的力学性能测试。

3.本实用新型模具与动态材料力学性能试验机(8)、高温炉(9)及交直流一体化高压电源(10)配合使用，可以实现小样品(7)在力、热、电及其耦合条件下力学性能的测试。

4.压杆(3)与小样品(7)接触端为平头，减少了加载过程中的应力集中，本实用新型模具可以满足金属、陶瓷、复合材料等多种韧、脆性小样品(7)的力学性能测试。