[发明专利]准静态原位双轴拉伸性能测试仪器

说明书

本发明涉及一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，属于精密科学仪器领域。包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25°预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链。优点在于：体积小，结构紧凑，可放置于大多数大腔室扫描电子显微镜中属于精密科学仪器领域。能够在扫描电子显微镜下，为被测试样提供平面应力状态的原位双轴拉伸测试。

技术领域

本发明涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种兼容扫描电子显微镜的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，是集驱动、加载、检测、力环境下的双轴双向拉伸测试平台，并且可置于扫描电子显微镜下进行材料的微观晶体结构及宏观的力学性能进行观察分析的高性能综合精密实验测试平台。

背景技术

原位力学性能测试是指在微/纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试的过程中，通过电子显微镜、原子力显微镜以及光学显微镜等仪器对各种载荷作用下材料发生的微观变形、损伤进行全程原位监测的一种力学测试方法。如今利用较多的有原位拉伸法、纳米压痕法和原位弯曲法等测试方法，原位双轴拉伸测试也是其中一种，特别适用于各向异性材料的测试，材料的弹性模量、泊松比，屈服强度和断裂强度等力学参数均可通过双轴拉伸测试得到。

现有的原位双轴测试装置因为不能提供双向运动，受拉伸时试样中央区域在测试时难免会造成单方向窜动，对需要准静态且具有高分辨率要求的的原位观测带来很大不便。

现有的双轴拉伸测试系统结构过大且各个模块之间配合不够紧凑，所带来的问题就是无法与现有的成像技术匹配如扫描电镜，因此只能完成离位检测，以及对各向异性材料在双轴拉伸载荷下的微观力学行为及损伤机制缺乏有效的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，解决了现有技术存在的上述问题。本发明特别适用于各向异性材料的测试，材料的弹性模量、泊松比，屈服强度和断裂强度等力学参数均可通过双轴拉伸测试得到。利用光学仪器EBSD观测材料的微观晶体结构的形貌变化。光学观测单元利用基于SEM（扫描电子显微镜）的EBSD对拉伸后的试件进行微观晶体结构的观测。由电机提供动力，传动单元配合夹持单元对试件进行加载，通过力传感器测得试样所受拉伸载荷，计算材料的应力σ。由光学观测单元EBSD系统对入射于样品上的电子束与样品作用产生的衍射花样检测，也就是在每一个晶体或晶粒内规则排列的晶格面上产生的衍射图案进行检测。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；所述驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25°预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链，利用铰链结构使试件绕铰链的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响；检测单元通过拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ0113、0211对试件的载荷进行测量。

所述的驱动单元与传动单元，由两个伺服电机Ⅰ、Ⅱ分别独立进行加载，通过蜗轮机构控制X方向的梯形丝杠Ⅰ0117、梯形丝杠Ⅱ0118以及Y方向梯形丝杠Ⅲ0214、梯形丝杠Ⅳ0215转动，梯形丝杠Ⅰ~Ⅳ上分别配合有丝杠螺母，丝杠螺母分别带动X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ0111、滑动丝杠螺母座Ⅱ0112及Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210，滑动丝杠螺母座Ⅰ~Ⅳ在双向加载过程中相向移动、互不干扰，依靠夹持单元制约相互联系，每一层滑动丝杠螺母座都由两根T型导轨提供导向和支撑，保证传动过程中的受力平衡。