[实用新型]一种电磁智能材料力电磁耦合行为的鼓泡实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于薄膜涂层材料性能表征技术领域，特别涉及一种电磁智能材料力电磁耦合行为的鼓泡实验装置。 

背景技术

在薄膜涂层材料科学技术中，功能性薄膜样品具有许多基底材料所不具备的力、电、磁、热、光以及化学性能，已广泛应用在高性能传感器、微电子器件、磁存储器等领域，在国防建设和经济发展中发挥了不可替代的重要作用。例如近年来快速发展的层状电磁复合智能薄膜样品由于具有独特的热力电磁多场耦合性能而日益受到人们的密切关注。因此，如何在多场耦合环境下有效测试和表征这类功能性薄膜样品的自身性能、薄膜与基底之间的结合性能对于提高它们的可靠性具有非常重要的科学意义和工程价值，也已成为这些领域中迫切需要解决的关键问题。 

目前对普通薄膜材料性能测试和表征的实验方法主要有鼓泡法、纳米压痕法、直接拉伸法、剥离测量法和四点梁弯曲法等。其中，鼓泡法是指在密封油腔中，通过驱使活塞压缩液压油，促使被测薄膜发生不同程度的鼓涨变形，采用光学方法测试出样品表面的变形情况，最后分析出薄膜的力学性能。该方法不仅能够测试简单几何形状基底上的薄膜力学性能，而且还能测试复杂不规则几何形状基底上的薄膜力学性能；同时能够定量测试薄膜材料的弹性模量、断裂韧性、残余拉应力以及本构关系等多个指标；而且测量范围很大，可以测试不同类型不同结合强度薄膜基底材料体系的力学性能；容易与其它测试方法和设备高度集成，实现多功能一体化测试；操作简单、分析快捷，容易实现工程推广应用。因此鼓泡法最有可能发展成为全面测试和表征功能性薄膜材料的力学、电学和磁学性能的方法。 

现有技术中鼓泡法表征功能性薄膜材料性能的测试装置包括：计算机1、驱动系统2、油压鼓泡装置3、活塞4、薄膜样品5、光学测试系统6和数据采集处理器7，其中，计算机1连接至驱动系统2，驱动系统2通过活塞4连接至油压鼓泡装置3，油压鼓泡装置3上放置薄膜样品5，光学测试系统6设置在薄膜样品5的上方，并通过数据采集处理器7连接至计算机1，如图1所示。通过活塞4驱使油压鼓泡装置3中的液压油，促使薄膜样品变形直至破坏；油压施加方式单一，无法实现多种油压施加方式（例如疲劳加载、以设定的油压增加率加载等），属于开环控制方式。采用非接触式光学测试系统测试薄膜样品的表面各点位移情况， 其精度大约在0.4微米。其功能主要是在常温下表征功能性薄膜材料的力学性能，不具备电场加载、电学量测试、磁场加载及标定、磁学量测试功能。 

综上所述，目前已报道的油压鼓泡装置主要存在以下几点不足：（1）目前主要集中在单一力场作用下测试薄膜力学性能；（2）油压加载方式单一，属于开环控制模式，这样难以控制加载压力的大小和速率，也无法实现其它特殊方式的加载和测试；（3）目前光学系统对薄膜位移测试精度大部分在0.4微米到几个微米，难以测试厚度很小的薄膜样品，容易造成巨大的试验误差。 

实用新型内容

为了实现在力电磁三场全耦合下利用鼓泡法表征电磁智能材料的力电磁耦合性能，填补仪器空白，本实用新型经过对现有的油压鼓泡实验装置基础上进行改进，提出了在力电磁场耦合条件下表征不同类型不同结合强度功能性薄膜样品性能的实验装置。 

本实用新型的目的在于提供一种电磁智能材料力电磁耦合行为的鼓泡实验装置。 

本实用新型的电磁智能材料力电磁耦合行为的鼓泡实验装置包括：计算机、驱动系统、微型油压泵、油压鼓泡装置、油管、薄膜样品、光学测试系统、数据采集处理器、电场加载及电学量测试系统、磁场加载及标定系统、以及磁学量测试系统；其中，计算机连接至驱动系统，驱动系统连接至微型油压泵，通过油管连接至油压鼓泡装置，油压鼓泡装置上放置薄膜样品；在薄膜样品上连接电场加载及电学量测试系统，薄膜样品周围加装磁场加载及标定系统，在薄膜样品的上方设置光学测试系统和磁学量测试系统，并连接至计算机；油压传感器内置在油压鼓泡装置中，并通过数据采集处理器连接至计算机；进一步： 

驱动系统采用伺服电机以及控制器； 

电场加载及电学量测试系统是索亚—托尔（Sawyer-Tower）S-T电路； 

磁场加载及标定系统包括螺线管、以及与螺线管串联的励磁电源和电流表； 

磁学量测试系统包括放置在薄膜样品上的发射光路和接收光路，以及与接收光路依次相连接的前置放大器和信号检测主机； 

光学测试系统包括放置在薄膜样品上的CCD相机、激光器和在激光器与薄膜样品之间的投影散斑片；以及与CCD相机相连接的高性能图形处理工作站。