[发明专利]一种小型高温压痕力学性能测试设备

说明书

本发明公开了一种结构可靠、加载稳定、精度高的小型高温压痕力学性能测试设备，Z向移动板由Z向驱动装置驱动沿底板上的Z向移动导轨往复滑动；Z向移动板上由下至上依次设有Z向压电陶瓷模块和压头安装板；高温压头在压头安装板的一端；安装底座连接于底板的一端，X向移动板由X向驱动装置驱动沿安装底座上的X向移动导轨往复滑动，X向移动板上设有Y向移动导轨，Y向移动板由Y向驱动装置驱动沿Y向移动导轨往复滑动；Y向移动板上由下至上依次设有二维压电陶瓷模块、压电陶瓷模块上板、力传感器、隔热底座和样品台，样品台上设有加热器；控制器分别与X向驱动装置、Y向驱动装置、Z向驱动装置、力传感器和加热器通信连接。

技术领域

本发明涉及原位力学性能测试领域，特别是涉及一种小型高温压痕力学性能测试设备。

背景技术

现如今以微纳米压痕为手段研究材料的力学性能以及在外力作用下材料的组织结构形貌变化已经成为材料研究领域重要的工具和手段。随着科学技术的不断发展，如何对工作环境条件下的材料进行表征是商业与自主仪器设备的最终目标。压痕设备经过多年的发展，以成为材料研究的重要仪器，但传统商业微纳米压痕设备的缺点体积大，结构复杂，很难与其它设备组合集成，只能单独使用其本身功能，难以进行拓展研究，特别是对于高温合金、热障涂层、陶瓷等往往工作在高温条件的材料，也仅有英国的MML公司，美国的Hysitron、Bruker几家外国公司的设备具备高温测试功能，但设备体积庞大，并不适合与其它相关设备联用。当前对材料的研究早已进入微纳米尺度，而且对仪器的要求也不仅仅局限于简单的物理化学参数表征功能，更为重要的是记录研究其在工况下微观组织结构随外场作用的实时变化情况。这样的要求就需要将传统的压痕设备小型化、灵活化，以便于同扫描电子显微镜，光学显微镜等具备实时观测功能的设备进行集成。当下可与扫描电子显微镜进行集成表征的高温压痕设备基本都属与国外的商业公司产品，且数量种类很少，如美国Hysitron、Nanomechanics，瑞士Alemins，但其价格昂贵，加载载荷小，加载速度快，加载过程波动大，这些不稳定因素对材料的原位压痕试验有一定的缺陷，且在材料裂纹萌生或组织变化初始不能精确地暂定，存在延迟，这些都不利于在扫描电子显微镜中实时观测样品形貌组织结构变化的过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型高温压痕力学性能测试设备，以解决上述现有技术存在的问题，使其结构可靠，加载稳定，测试数据准确，降低使用成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种小型高温压痕力学性能测试设备，包括底板、Z向压电陶瓷模块、高温压头、安装底座、二维压电陶瓷模块、样品台和控制器，底板上沿长度方向设有Z向移动导轨，Z向移动导轨上滑动连接有Z向移动板，Z向移动板由Z向驱动装置驱动沿Z向移动导轨往复滑动；Z向压电陶瓷模块设置于Z向移动板上，Z向压电陶瓷模块上安装有压头安装板；高温压头安装于压头安装板的一端；安装底座连接于底板沿长度方向的一端，且安装底座的长度方向平行于底板的宽度方向；安装底座上沿长度方向设有X向移动导轨，X向移动导轨上滑动连接有X向移动板，X向移动板由X向驱动装置驱动沿X向移动导轨往复滑动，X向移动板上设有Y向移动导轨，Y向移动导轨的长度方向垂直于底板的平面方向，Y向移动导轨上滑动连接有Y向移动板，Y向移动板由Y向驱动装置驱动沿Y向移动导轨往复滑动；二维压电陶瓷模块包括上下设置且连接的X向压电陶瓷模块和Y向压电陶瓷模块，二维压电陶瓷模块设置于Y向移动板上，二维压电陶瓷模块通过压电陶瓷模块上板连接有力传感器，力传感器上连接有隔热底座；样品台连接于隔热底座上，样品台上设有加热器以加热样品台；所述X向驱动装置、所述Y向驱动装置和所述Z向驱动装置均与所述控制器通信连接，所述控制器分别与所述力传感器和所述加热器通信连接。

优选的，所述Z向驱动装置包括Z向电机，所述Z向电机通过Z向电机固定座连接于所述底板上，所述Z向电机输出轴通过联轴器连接有Z向精密调整丝杠，所述Z向精密调整丝杠螺纹连接有一Z向螺母，所述Z向螺母固定连接有所述Z向移动板。