[发明专利]电磁场诱发铁磁性材料动态弯曲疲劳测试装置及方法

说明书

本发明提供一种电磁场诱发铁磁性材料动态弯曲疲劳测试装置及方法。该装置包括：夹持系统：对铁磁性材料试件一端进行夹持；电磁场系统：用于产生磁场，对铁磁性材料试件进行循环加载，循环应力来源于电磁感应力；数据采集系统：测出铁磁性材料试件弯曲的最大位移。本发明通过调节电流的大小来控制铁磁性材料试件的最大位移，使铁磁性材料试件在磁场中做单悬臂梁循环弯曲运动，进行动态弯曲疲劳测试；利用数据采集速率和实时采集的最大位移信号的数量计算出铁磁性材料试件断裂的时间得到疲劳寿命，得出疲劳寿命与铁磁性材料试件厚度之间的关系，为微电子行业和半导体行业中电子元件用铁磁性箔材料的可靠性评价提供了直接的实际数据基础。

技术领域

本发明涉及弯曲疲劳测试技术领域，具体涉及一种电磁场诱发铁磁性材料动态弯曲疲劳测试装置及方法。

背景技术

铁磁性箔材料作为结构组件广泛应用于微电机械系统(MEMS，Micro electromechanical systems)中。是在微电子技术的基础上，设计和制造特征尺寸在亚微米至毫米的微型机械，是集传感、信息处理和执行于一体的集成微系统。MEMS的有点在于其大批量、低成本、高可靠性等，由于这些特性所以广泛应用于电子、医疗、航空航天和汽车等领域。常见的MEMS器件有、制动器、化学反应器、微型传感器发电装置以及生物器件等。微尺度下的器件中的一些机械性能和物理性能等在微观下会出现不同于传统机械和特有规律，这种现象就是通常所说的尺寸效应。微米尺度下的器件在工作的时候回收到静电力或者是其它的静态载荷的左右发生振动的行为，发生的高频率的振动会使微小的金属部件发生循环的硬化或是软化的现象，从而影响其工作的稳定性。MEMS的构件尺寸一般都在微米量级，常用的设备的方法几乎不能直接用于微构件的力学性能的研究，所以寻找和发明微结构构件中箔材料的疲劳性能的研究方法及数据收集是目前MEMS的研究领域需要解决掉的问题之一。

随着MEMS设备和微/纳米系统的不断发展，对微器件中广泛使用的无约束微米尺度金属材料的力学性能，特别是长期服役性能提出了越来越高的要求。值得注意的是，当微米尺度金属的几何尺度逐渐接近材料内部的微观结构尺度时，其往往表现出与块体材料不同的力学行为。深入研究微米尺度金属材料的疲劳行为及其尺寸效应，不仅对微/纳米机械系统及器件的可靠性设计具有实际的指导意义，且对揭示材料在小尺度下的基本变形机制具有重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁场诱发铁磁性材料动态弯曲疲劳测试装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种电磁场诱发铁磁性材料动态弯曲疲劳测试装置，包括：

夹持系统：对铁磁性材料试件一端进行夹持，铁磁性材料试件另一端为自由端；

电磁场系统：用于产生磁场，对铁磁性材料试件进行循环加载，循环应力来源于电磁感应力；

数据采集系统：实时采集铁磁性材料试件弯曲的最大位移。

所述电磁场系统包括磁场发生器、直流电源；磁场发生器通入直流电源。

所述电磁场发生器是由U型的45号钢缠绕导线制作而成。

所述夹持系统包括：立杆、横杆、夹具；立杆垂直固定于地面，横杆一端水平安装在立杆上部，横杆另一端安装夹具，夹具将铁磁性材料试件一端作为固定端夹持在横杆上。

所述数据采集系统：包括激光位移传感器和计算机，利用激光位移传感器测出铁磁性材料试件弯曲的最大位移，实时传输到计算机中保存，当激光位移传感器测出的铁磁性材料试件弯曲的最大位移为零时铁磁性材料试件已经断裂。

采用所述装置进行电磁场诱发铁磁性材料动态弯曲疲劳测试的方法，包括：

利用夹持系统中夹持铁磁性材料试件；

直流电源给磁场发生器供电，磁场发生器产生磁场；