[发明专利]一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统

权利要求书

1.一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，包括CT成像单元、多维台、力学试验单元、加热单元和拉伸台；所述CT成像单元、多维台、力学试验单元、加热单元和冷却单元均设置在水平工作台面上；CT成像单元包括X射线源和X射线探测器，X射线光源和X射线探测器设置在同一根滑轨上；多维台安装在X射线光源和X射线探测器的中间；力学试验单元包括加载机构、力传感器、光源和CCD相机，CCD相机的中心位置和光源、试样在同一高度上，轴线在同一平面内；加载机构的动力输出端通过力传感器连接拉伸台；拉伸台包括外罩和固定在外罩上的支撑座，外罩将加载机构整体包裹在内部；支撑座设置在外罩的上部，用于包裹拉力杆；支撑座的顶部为上夹具用于对试样的上部进行夹持，在支撑座的侧壁设置蓝宝石窗口，用于通过透X射线和可见光；拉力杆的底部通过力传感器连接加载机构的动力输出端；加热单元包括激光器、热电偶和温控仪构成控制回路，对试样温度进行控制，实现高温力学特性研究。

2.根据权利要求1所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，加载机构包括在框架上自下往上设置的一级蜗轮、一级蜗杆、二级蜗轮、二级蜗杆、梯形螺纹杆、梯形螺纹螺母、承载横梁、力传感器和拉力杆；一级蜗杆与电机的动力输出轴连接，由电机带动一级蜗杆旋转；一级蜗杆与一级蜗轮啮合传动；一级蜗轮与二级蜗杆同轴设置，由一级蜗轮带动二级蜗杆同步转动；二级蜗杆同时啮合2个二级蜗轮，即二级蜗轮平行设置在二级蜗杆的两侧；上述二级蜗轮水平设置且每个二级蜗轮套装在梯形螺纹杆的底部，由二级蜗轮带动梯形螺纹杆同步转动；在该竖直轴的上部套装有梯形螺纹螺母；2根二级蜗轮轴上的梯形螺纹旋向相反；梯形螺纹螺母与承载横梁固定连接，由梯形螺纹螺母将旋转运动转为直线上下运动，并由螺母带动承载横梁沿竖直方向直线运动。

3.根据权利要求2所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，在承载横梁的顶部通过力传感器连接拉力杆的底部，将加载机构的动力传递到拉力杆，再通过拉力杆将拉力传递到待测材料试样。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，所述光源采用面光源形式，光源中心位置与试样中心位置等高，光线垂直照射于试样上。

5.根据权利要求4所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，通过将光照射于试样上，产生一个试样的投影；CCD相机的中心位置和光源用于拍摄试样的投影，利用试样上事先预制的标记段位置的变化计算拉伸过程样品的应变。

6.根据权利要求4所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，在外罩上还设置拉力杆导向轴套，起到导向作用。

7.根据权利要求4所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，在加热试验中，小型拉伸台采用水冷外罩进行冷却，在外罩的上部加工好凹槽，将冷却水管设置在凹槽内，同时在外罩的上部盖上上盖，并通过紧固件将外罩和上盖之间固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，在原位力学研究系统的外部装有防护罩，对防护罩配有冷却单元，实现对整个原位力学研究系统进行冷却。

9.根据权利要求8所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，冷却单元包括铜块，在铜块内部加工液氮流通管道，液氮流通管道的一端通过管道连接装有液氮的杜瓦里，另一端通过管道连接吸气泵，利用吸气泵在管道内部形成负压，利用大气压力将杜瓦里的液氮压至铜块内；铜块还通过铜冷链连接上夹具，并且在铜冷链外部套装有隔热套；试样上的热量通过上夹具、铜冷链传至铜块，液氮在铜块的液氮流通管道内部流动吸收热量气化，对铜块制冷降温实现试样的低温制冷。

10.根据权利要求9所述的一种适用于X射线显微镜的原位力学研究系统，其特征在于，在铜块连接吸气泵的管道上装有流量计，通过流量计控制管道内气压，控制管道内液氮的流量，达到对铜块和试样温度的控制。