[实用新型]悬挂式旋转快速定位原位压痕/变深弧形划痕测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机电一体化精密仪器领域，特别涉及一种集精密驱动、加载、信号检测、原位观测、微纳米压痕、变深弧形划痕测试于一体的精密力学测试系统，尤指一种悬挂式旋转快速定位原位压痕/变深弧形划痕测试装置。

背景技术

材料作为现代社会发展的三大支柱产业之一，其力学性能测试备受关注，是检验材料力学性能的必要手段。相对于传统的材料力学性能测试技术，诸如拉伸、压缩、弯曲、扭转等，微纳米尺度的压痕测试、划痕测试逐渐走进研究者的视线，以便满足日益发展的材料领域的测试需要。

原位微纳米力学测试技术是指在微纳米尺度下对材料进行的力学性能测试、并利用光学成像仪器对载荷作用下材料进行在线观测其变形、损伤、失效等的一种测试技术。以微纳米压痕、微纳米划痕等最具有代表性：压痕测试中，通过对压痕载荷、压痕位移及压痕曲线进行分析，可以测得试件的硬度、弹性模量等参数，另外根据光学成像仪器对压痕形貌进行观测可发现材料已经发生的变形和损伤工况。微纳米划痕测试技术是在压痕测试技术中衍生出来的一种微纳米测试技术，其在纳米压痕测试的基础上增加了精密定位和位移检测功能。

目前，我国还不具备具有上述技术自主知识产权，此外，国内尚无商业化的微纳米压痕/划痕测试仪器，所用仪器依赖国外进口，导致国内相关研究处于跟踪状态，研制一种集压痕测试、划痕测试、原位观测于一身的测试仪器迫在眉睫。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种悬挂式旋转快速定位原位压痕/变深弧形划痕测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。力学测试仪器是材料检测的重要手段，是材料、机械科学领域发展，科技进步创新的重要保障。本实用新型与传统力学性能测试仪器的主要区别在于各测试模块和观测模块的集成。除传统的压痕测试外，集成了变深弧形划痕模块，在传统划痕测试基础上为材料的力学性能测试提供了一种新的方式，便于获取各种实验材料在载荷作用下的力学行为和损伤机制。此外，集成了可用于快速旋转定位的装置，力学性能测试结束后可立刻对试件加载处进行原位观测。本实用新型结构简单，测试精度高，测试方法多样化，在材料科学、机械装备制造、精密光学、生物医学工程、半导体、纳米工程、国防军工和航空航天等领域具有极其重要的应用前景。本实用新型以研究材料微观力学性能为对象，提出的悬挂式旋转快速定位、变深弧形划痕测试、原位在线观测等新技术、新方法，对我国微纳米领域材料力学性能测试、相关产品开发和产业化、填补我国相关领域的空白具有重要意义。

本实用新型结构布局属于上下型结构，分别为上部悬挂式旋转快速定位模块和下部试样支撑平台。其中上部结构装配原位观测模块和和微纳米压痕模块，可实现压痕测试、原位观察位置的快速转换及原位观测。下部试样支撑平台由剪式电动升降台和电动旋转平台两部分组成：电动旋转平台可实现压痕测试过程中的压痕自动换点，亦可与微纳米压痕模块共同作用，在试样上进行弧形刻划加工，实现弧形划痕测试；剪式电动升降台可实现压痕模块的快速进给和原位观测模块的快速对焦，避免了多个驱动装置的使用。剪式电动升降台、电动旋转平台、微纳米压痕模块共同使用，在刻划过程中划痕深度不断发生变化，实现变深弧形划痕测试实验。测试装置结构简单、具有模块化的结构特点操作简便、整体结构刚度高，在材料科学、机械装备制造、精密光学、生物医学工程、半导体、纳米工程、国防军工和航空航天等领域具有极其重要的应用前景。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

悬挂式旋转快速定位原位压痕/变深弧形划痕测试装置，包括悬挂式旋转快速定位模块、变深弧形划痕测试模块、微纳米压痕模块、原位观测模块，所述微纳米压痕模块和原位观测模块集成在悬挂式旋转快速定位模块上；变深弧形划痕测试模块由压痕仪4和试件支撑平台共同组成，试件支撑平台由剪式电动升降台和电动旋转平台两部分组成；悬挂式旋转快速定位模块通过旋转定位法兰21装配在上支撑板1上，通过定位旋转轴27和轴上组件绕轴线方向旋转，压痕仪4、金相显微镜22分别通过压痕连接板3、显微镜连接板20固定在旋转盘19上，通过弹簧定位销23快速定位在压痕位置或原位观测位置。