[发明专利]纳米级微拉伸装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微拉伸装置。

背景技术

微机械电子系统(MEMS)是集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路以及接口、通讯电路和电源等于一体，可以完成信息获取，处理，控制及执行功能的集成微系统。由于MEMS具有可批量生产、外形尺寸小、集成度高、成本低，可靠性高和功能性好等优点，使得其在微加速度传感器、微惯性与压力传感器、微型喷气发动机、大规模数据存储系统和微型生物化学分析设备等领域获得了极大的发展。微小的梁结构、杆结构以及微米甚至纳米级别的丝结构是MEMS中应用较为广泛、也是特别关键的机械构件。随着对MEMS应用的不断拓展，常规条件下材料力学性能参数的测试已远不能满足MEMS系统结构的设计要求。同时，采用计算机模拟的方式所获得的微构件的力学参数又很难通过实验的方法进行验证。因此，研究微位移条件下的微构件的力学特性研究有助于微系统结构设计和功能实现，同时为表征微结构的力学参数、制定MEMS结构标准将提供重要的依据。

在MEMS系统微构件的材料力学性能测试中，拉伸测试主要解决材料弹性模量、泊松比、屈服强度和断裂强度等力学参数的测试。与其它的测试方法相比，拉伸测试最直接、最准确。从原理上讲，试件的拉伸测试要求分别测量位移和载荷分量，实验不仅可以得到微构件包括塑性变形在内的拉伸力——应变曲线的全过程，而且样品在拉伸测试中受到均匀的拉伸应力，能够全面反映材料的强度特性。实验数据也非常易于分析说明。现在正日益受到科研人员的重视，是一种比较理想的方法。

当前，微构件的力学特性测试还存在着很多困难，以微构件的微拉伸实验为例：1、如果试样的尺寸非常微小，其测试过程要求很高的运动精度和系统分辨率；2、试样所承受的最大载荷也小，试样安装和夹具设计也是个挑战；3、试样的对准、校正都非常困难。以上这些困难导致微结构的机械性能数据至今仍很匮乏，这严重阻碍了MEMS技术的发展和推广，MEMS材料机械性能实验技术研究已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米级微拉伸装置，以解决现有的拉伸装置外形结构尺寸大、试件测试精度差和安装困难问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述装置还包括底板、支撑板、动载物台、柔性铰链、压电陶瓷座、顶球、锥孔螺钉、压电陶瓷、压电陶瓷连接帽、L形盖板、预紧螺帽、静载物台、三维位移台和两个载物片，底板上分别装有支撑板和三维位移台，支撑板上分别装有柔性铰链和L形盖板，动载物台为L形，L形动载物台的水平段竖直设置且与柔性铰链的侧壁连接，三维位移台的Z向调整螺杆与静载物台连接，动载物台和静载物台上均装有载物片，压电陶瓷座固装在L形盖板的竖直段上，压电陶瓷设在压电陶瓷座内，压电陶瓷底部与锥孔螺钉连接，压电陶瓷座设有锥槽，锥孔螺钉的头部设有锥孔，顶球设在锥孔螺钉的锥孔与压电陶瓷座的锥槽之间，压电陶瓷的顶部与压电陶瓷连接帽连接，预紧螺帽穿过L形盖板的竖直段与压电陶瓷连接帽对应设置，每个载物片上设有凹槽、螺纹孔和多个沉头孔，三维位移台的Y向螺杆调整静载物台和动载物台对中，三维位移台的X向螺杆根据试样长度调整静载物台与动载物台之间X向的距离。

本发明具有以下有益效果：本发明实现了微小杆或丝结构的单轴微拉伸实验，可实现最小拉伸位移为10nm，可以结合原子力显微镜等显微设备实现微拉伸过程的显微观察，完全适合金属或非金属微构件的纳米级拉伸要求。本发明在测试时通过对10μm-100μm直径微杆结构合理安装调试，可以实现微杆结构的高精度拉伸过程。装置具有外形尺寸小、结构紧凑、测试精度高、使用方便、适合材料广泛优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的左视图，图4是柔性铰链的主视图，图5是铰链单元的结构示意图，图6是载物片的结构示意图，图7是锥孔螺钉的结构示意图。

具体实施方式