[发明专利]一种高频疲劳测试装置和微观形貌观察装置

说明书

本发明提供了一种高频疲劳测试装置和微观形貌观察装置，所述高频疲劳测试装置包括两个夹头(11)和驱动系统，两个夹头(11)间隔一定距离设置，两个夹头(11)能够将测试试样(10)固定于两个夹头(11)之间，该驱动系统能够驱动两个夹头(11)沿两个夹头(11)之间的连线方向同时做简谐运动，该驱动系统包括电机(13)。该高频疲劳测试装置结构简单，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。该高频疲劳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，从而对被测试件进行原位微纳米疲劳力学性能测试。

技术领域

本发明涉及疲劳拉伸试验设备领域，具体是一种高频疲劳测试装置，还是一种含有该高频疲劳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疲劳性能参数测试是非常重要的测试对象之一。

为了将对纳米材料和制品力学性能的测量和微观形貌的检测进行有机结合，学术界和工程技术界均在研究一些力学参数测试装置来与光学显微镜(OM)及扫描电子显微镜(SEM)等微纳米观察仪器配合使用，从而可以深入地探索各类纳米材料及制品的微观疲劳行为和机理及其与载荷作用、材料结构和性能间的相关性规律。

然而现有的微纳尺度材料的力学性能参数测试装置大都采用滚珠丝杠或伺服油缸等作为传动部分，并且测试的参数主要集中在基于材料的拉伸、扭转实现对强度极限、弹性模量、硬度等参数的测量，而对微纳材料的疲劳性能进行测试的装置很少；另外，现有拉伸疲劳测试也多基于拉伸平台改造，由于驱动系统和传动系统的限制，很难实现高频率的往复加载。另一方面，传统的高周疲劳测试技术由于尺寸原因，很难与显微镜配套使用，从而无法在对样品进行拉伸压缩操作时观察样品微纳米级形貌变化。

发明内容

为了克服现有技术中的拉伸疲劳试验设备无法高频率往复加载的问题，本发明提供了一种高频疲劳测试装置和微观形貌观察装置，该高频疲劳测试装置结构简单，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。该高频疲劳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，从而对被测试件进行原位微纳米疲劳力学性能测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高频疲劳测试装置，包括两个夹头和驱动系统，两个夹头间隔一定距离设置，两个夹头能够将测试试样固定于两个夹头之间，该驱动系统能够驱动两个夹头沿两个夹头之间的连线方向同时做简谐运动，该驱动系统包括电机。

一种微观形貌观察装置，含有上述的高频疲劳测试装置，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高频疲劳测试装置的两个夹头之间的中点相对应，该微观形貌观察装置能够观察两个夹头之间的测试试样。

本发明的有益效果是，

1、由于作为驱动系统的微型电机等部件的高度可以调整，因而直径为微纳尺寸的测试试样的初始长度可以自行设定。

2、为了实现测试试样的高频疲劳测试，左右滑块仅能在其初始位置一侧的一定的行程内水平移动。另外，通过该装置也能实现材料的拉伸测试，所以应用范围较广。

3、在测试过程中，测试试样一直处于装置的中间位置附近，也是处于显微镜便于观察的范围内，这避免了现有测试装置中试样一端固定、一端移动导致测试图像容易偏移的缺陷，使测试过程便于操作。