[发明专利]连续调温式高真空低温微纳米压痕测试方法与装置

摘要

本发明涉及一种连续调温式高真空低温微纳米压痕测试方法与装置，属于精密科学仪器领域。X向精密调整模块用以调整压入点的位置，通过Z向精密压入驱动模块实现精密压入，通过位移信号和力信号精密检测模块对压入位移信号和力信号进行精密检测；变温载物平台与低温恒温器相连，以实现对样品的接触调温。与定制真空箱集成，可实现真空环境下样品温度在77K~500K连续变化时的微纳米压痕测试，解决了低温微纳米压痕测试中的精确变温、隔热、精密检测等问题，填补了传统微纳米压痕仪在低温环境下的改变环境温度的压痕测试技术的空白。结构简单、加工方便、体积小、响应快、定位精确，能够实现精确变温控温、位移载荷信号的精密检测、微观精密压入。

主权项

一种连续调温式高真空低温微纳米压痕测试装置，其特征在于：置于定制真空箱（39）中，实现真空环境下样品温度在77K~500K连续变化时的微纳米压痕测试；置于空气中，实现常温微纳米压痕测试；机架整体呈L型，采用压电叠堆驱动实现微纳米压痕的精密压入，通过低温恒温器对样品进行精确接触调温；由X向精密调整模块、Z向精密压入驱动模块、位移信号和力信号精密检测模块、变温载物平台（11）、低温恒温器（22）和支撑模块组成；对材料进行连续精确变温，再现材料的低温工作环境，进行真空环境下的低温微纳米压痕测试，并对压入位移信号和力信号进行实时采集，研究低温时材料的力学性质及其随温度的变化特性；所述X向精密调整模块通过底板Ⅰ（28）固定在立座（20）上，通过连接件Ⅰ（37）、连接板Ⅰ（18）与Z向精密压入驱动模块直接相连，实现压头的X向精密运动，以调整压入位置；所述Z向精密压入驱动模块通过交流伺服电机Ⅱ（33）驱动，实现宏观进给，通过压电驱动单元实现微观精密压入；所述的X向精密调整模块由交流伺服电机Ⅰ（24）、法兰Ⅰ（26）、联轴器Ⅰ（25）、滚珠丝杠组件Ⅰ（34）、连接件Ⅰ（37）、丝杠支撑Ⅰ（27）、连接板Ⅰ（18）、导轨Ⅰ（29）和底板Ⅰ（28）组成，所述交流伺服电机Ⅰ（24）通过法兰Ⅰ（26）固定在底板Ⅰ（28）上，并驱动滚珠丝杠组件Ⅰ（34），带动连接板Ⅰ（18）运动，进而实现X向精密调整；所述的Z向精密压入驱动模块通过底板Ⅱ（30）固定在连接板Ⅰ（18）上，包括交流伺服电机Ⅱ（33）、法兰Ⅱ（32）、联轴器Ⅱ（1）、滚珠丝杠组件Ⅱ（2）、连接件Ⅱ（38）、丝杠支撑Ⅱ（3）、连接板Ⅱ（4）、压电驱动单元、压杆（8）、金刚石压头（10）、导轨Ⅱ（31）和底板Ⅱ（30），所述交流伺服电机Ⅱ（33）通过法兰Ⅱ（32）固定在底板Ⅱ（30）上，并驱动滚珠丝杠组件Ⅱ（2），带动连接板Ⅱ（4）运动，实现压痕方向的快速宏观进给；压电驱动单元由柔性铰链（5）和压电叠堆（6）组成，用以驱动压杆（8）和金刚石压头（10）进行微观精密压入；该压杆（8）由绝热材料制成，既避免了温度的变化对力传感器（7）产生影响，又具有足够的压入刚度。