[发明专利]用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置和观察装置

说明书

本发明提供了一种用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置和观察装置，所述用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置包括：夹持单元，用于夹持固定测试试样(14)，该夹持单元包括两个夹头；加载单元，用于驱动测试试样(14)扭转，该加载单元包括能够输出扭矩的微型电机(1)，该加载单元与该夹持单元的一端连接；信号检测单元，用于检测测试试样(14)受到的扭矩大小，该信号检测单元与该夹持单元的另一端连接。该用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置体积较小，结构简单。该用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置还可以与显微成像仪器(如扫描电子显微镜SEM、光学显微镜OM等)配套使用形成微观形貌观察装置。

技术领域

本发明涉及扭曲试验设备领域，具体是一种用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置，还是一种含有该用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置的微观形貌观察装置。

背景技术

随着纳米技术的发展，微纳米材料被广泛的应用于航空航天、汽车工业、半导体、生物医学、MEMS、高分子、太阳能/燃料电池化工、石油、岩石、微电子、微型传感器、半导体材料、自动控制、航空航天、汽车工业及机械工具中。材料的微观力学性能与宏观的经典力学性能存在很大的差异。材料的微纳米力学测试的诸多性能参数中材料的扭转力学性能测试是非常重要的测试对象之一。

原位微纳米力学性能测试技术是近几年发展起来的前沿技术，受到各国政府和研究机构的高度关注。相比于宏观的测试技术，原位测试技术可以在电子显微镜的观测下对试件进行原位加载，可以同时对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察等诸多优势。然而，现阶段的原位测试技术及仪器，多集中在材料的拉伸和弯曲变形上，对材料的扭转测试关注较少。主要原因在于扭转测试平台对设备的小型化、精度、材料装配等有苛刻的要求，并且在实验过程中需要保证测试装置与工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，这些原因限制了微纳米扭转力学测试技术的快速发展。

发明内容

为了克服现有技术中的没有原位微纳米扭转测试设备的问题，本发明提供了一种用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置和观察装置，该用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置体积较小，结构简单，对多种尺寸的试样都能进行测试，适应性较强，而且空间结构紧凑、便于观察。该用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置还可以与显微成像仪器(如扫描电子显微镜SEM、光学显微镜OM等)配套使用形成微观形貌观察装置，从而开展针对三维宏观试件的跨尺度原位扭转测试，本发明亦可对材料在扭矩作 用下的微观变形和损伤过程进行原位观察，并一定程度上揭示材料及其制品在微纳米尺度下的力学行为和破坏机制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置，所述用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置包括：

夹持单元，用于夹持固定测试试样，该夹持单元包括两个夹头；

加载单元，用于驱动测试试样扭转，该加载单元包括能够输出扭矩的微型电机，该加载单元与该夹持单元的一端连接；

信号检测单元，用于检测测试试样受到的扭矩大小，该信号检测单元与该夹持单元的另一端连接。

一种微观形貌观察装置，含有上述的用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置，该微观形貌观察装置为光学显微镜或扫描电子显微镜，该微观形貌观察装置的物镜的位置与该用于微纳尺度材料的原位扭矩测试装置的所述两个夹头之间相对应，该微观形貌观察装置能够观察所述两个夹头之间的测试试样。

本发明的有益效果是：

1、支撑板可以在基座上水平滑动并能锁紧，因而直径为微纳尺寸的试样的初始长度可以自行设定。

2、在测试过程中，测试试样的对中对扭矩测试是非常关键的。本发明提出采用精密步进电机驱动滚珠丝杠，进而带动连接杆完成对测试试样的对中。同时，测试试样对中完成后，为方便试样的扭转，滚珠丝杠驱动系统滑离工作区。