[发明专利]一种可观测型微纳米力学测试装置及测试方法

说明书

本发明公开一种可观测型微纳米力学测试装置及测试方法，涉及精密科学仪器技术领域；该装置包括支撑组件、驱动组件、载物组件和成像组件；所述驱动组件和成像组件分别竖直设置于所述支撑组件上，所述载物组件水平设置于所述支撑组件上，且所述载物组件位于所述驱动组件和成像组件下方；所述载物组件用于承载试样和实现试样的移动；所述驱动组件用于驱动压头在试样上施加载荷，并使试样产生压痕；所述成像组件用于观测并分析试样上的压痕。基于本发明上述测试装置所进行的测试方法，能够有效测量材料的力学性能参数，结构简单，测量结果精度高。

技术领域

本发明涉及精密科学仪器技术领域，特别是涉及一种可观测型微纳米力学测试装置及测试方法。

背景技术

随着科学技术的发展，材料微观尺度下的压入实验已经逐渐成为研究其力学性能的标准试验，并广泛应用于材料表面工程、微电子器件、金属陶瓷测试、半导体研发、生物工程和医学材料等领域。对比传统力学性能测试手段，微压入实验具有操作简单、制样简单、测试内容丰富、微损伤等显著特点，已被广泛用于测试材料的硬度、模量、应力-应变曲线、断裂韧性以及蠕变松弛等特性。因此，着手研究可观测性微纳米力学测试设备，为测试材料的力学性能参数提供有效的方法及仪器，是我们亟待解决的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种可观测型微纳米力学测试装置及测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效测量材料的力学性能参数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种可观测型微纳米力学测试装置，包括支撑组件、驱动组件、载物组件和成像组件；所述驱动组件和成像组件分别竖直设置于所述支撑组件上，所述载物组件水平设置于所述支撑组件上，且所述载物组件位于所述驱动组件和成像组件下方；所述载物组件用于承载试样和实现试样的移动；所述驱动组件用于驱动压头在试样上施加载荷，并使试样产生压痕；所述成像组件用于观测并分析试样上的压痕。

可选的，所述支撑组件包括支撑底板和支撑背板，所述支撑底板水平设置，所述支撑背板固定竖直设置于所述支撑底板顶部一侧；所述驱动组件和成像组件设置于所述支撑背板上，所述载物组件设置于所述支撑底板上。

可选的，所述载物组件包括X轴精密滑台，所述X轴精密滑台上水平滑动设置有滑块，所述滑块顶部固定安装有转接板，所述转接板顶部固定连接有夹台，所述夹台用于夹持试样；所述X轴精密滑台底部固定设置于所述支撑底板上。

可选的，所述驱动组件包括包括支撑模块、精密下压装置、载荷检测模块和位移检测模块；所述支撑模块包括悬臂梁和光栅固定架，所述光栅固定架固定安装在水平设置的所述悬臂梁下部，所述精密下压装置固定连接在所述悬臂梁上，且所述精密下压装置的输出轴竖直朝下设置，所述载荷检测模块螺纹固定连接在所述精密下压装置的输出轴下端，所述位移检测模块固定连接在所述光栅固定架上，所述载荷检测模块下端固定连接有压头固定器，所述压头固定器用于固定安装压头；所述悬臂梁一端与所述支撑背板固定连接。

可选的，所述成像组件包括显微镜、显微镜支架和Z轴滑台；所述显微镜采用顶丝固定在所述显微镜支架顶部，所述显微镜支架底部一侧通过螺栓固定在所述Z轴滑台上，所述Z轴滑台通过螺栓固定在所述支撑背板上。

可选的，所述精密下压装置为直线步进电机，所述精密下压装置通过螺栓固定连接在所述悬臂梁上；所述载荷检测模块为力传感器，所述力传感器顶部通过转接头与所述精密下压装置连接，所述力传感器底部与所述压头固定器连接；所述位移检测模块包括光栅尺和光栅读数头，所述光栅固定架上设有长圆孔，所述光栅读数头通过螺栓固定连接在所述光栅固定架的长圆孔上，所述光栅尺粘贴在所述压头固定器上，所述光栅尺与所述光栅读数头相对设置且所述光栅尺平行于所述光栅读数头。