[发明专利]一种高均匀性应力施加方法

摘要

本发明涉及新材料研发领域，一种高均匀性应力施加方法，样品应力施加装置包括致动器座、压电致动器I、压电致动器II、压电致动器III、连接块、挠性元件、热收缩金属箔、移动块、固定架、样品台I、螺丝I、铝箔压片I、样品、铝箔压片II、样品台II、螺丝II、紧固螺丝、支撑片、电阻应变计和计算机，能够对样品施加可调的单方向的拉力或压力，采用三个等长度的压电驱动器来对样品施加精确可调且均匀性高的单方向应力，并采用特殊的样品固定方法以减少实验过程中样品的形变，使得样品的受力均匀性高，方法包括装置校准、样品固定、电阻应变计安装、对样品施加单方向应力和测量样品受到的力。

主权项

1.一种高均匀性应力施加方法，样品应力施加装置包括致动器座(1)、压电致动器I(2)、压电致动器II(3)、压电致动器III(4)、连接块(5)、挠性元件(6)、热收缩金属箔(7)、移动块(8)、固定架(9)、样品台I(10)、螺丝I(11)、铝箔压片I(12)、样品(13)、铝箔压片II(14)、样品台II(15)、螺丝II(16)、紧固螺丝(17)、支撑片(18)、电阻应变计(19)、电缆和计算机，xyz为三维空间坐标系，致动器座(1)为高刚性的钛金属块，压电致动器I(2)的一端连接致动器座(1)、另一端连接于连接块(5)，压电致动器III(4)的一端连接致动器座(1)、另一端连接于连接块(5)，压电致动器II(3)的一端连接致动器座(1)、另一端连接于移动块(8)；固定架(9)通过轴线沿x方向的紧固螺丝(17)固定于连接块(5)，移动块(8)、样品台I(10)、螺丝I(11)、铝箔压片I(12)、样品(13)、铝箔压片II(14)、样品台II(15)、支撑片(18)和电阻应变计(19)均位于固定架(9)与连接块(5)形成的空间内；样品台I(10)通过螺丝I(11)固定至移动块(8)，样品台II(15)通过螺丝II(16)固定至固定架(9)；压电致动器I(2)、压电致动器II(3)和压电致动器III(4)均由压电陶瓷堆叠结构加工而成且伸缩方向沿x方向，当无外力及电压作用的情况下，压电致动器I(2)、压电致动器II(3)和压电致动器III(4)在x方向的长度相等；移动块(8)的一部分无接触地嵌套于连接块(5)内，连接块(5)为镂空的钛金属框架，连接块(5)连接有挠性元件(6)，使得连接块(5)能够产生微米量级的形变，连接块(5)与固定架(9)的接触面之间具有热收缩金属箔(7)；样品台I(10)和样品台II(15)均具有凹槽，样品(13)为长条薄片状，样品(13)两端分别嵌入样品台I(10)和样品台II(15)的凹槽中并分别被铝箔压片I(12)和铝箔压片II(14)覆盖；支撑片(18)为长条薄片状，其一端通过螺丝I(11)固定于移动块(8)的下面、另一端依次连接电阻应变计(19)和样品台II(15)，使得电阻应变计(19)位于样品(13)下方且与样品(13)无接触，电阻应变计(19)通过电缆连接计算机，电阻应变计(19)能够将测得的数据输入计算机；热收缩金属箔(7)由银制成；固定架(9)为U形刚性钛金属架；样品(13)尺寸典型值是长度为6毫米、宽度为1毫米、厚度为0.1毫米；紧固螺丝(17)由黄铜制成，其特征是：所述一种高均匀性应力施加方法的步骤为：一，装置校准，分别在300K、77K及20K温度下对样品应力施加装置进行校准，确保在压电致动器I(2)、压电致动器II(3)及压电致动器III(4)无电压作用下，致动器座(1)和连接块(5)在y方向保持平行，另外，对压电致动器I(2)及压电致动器III(4)同时施加正电压的情况下，致动器座(1)移动方向严格沿着x负方向，对压电致动器II(3)施加正电压的情况下，移动块(8)移动方向严格沿着x正方向；二，样品(13)固定，将长条薄片状的样品(13)的两端分别嵌入样品台I(10)和样品台II(15)的凹槽，采用环氧树脂填充入样品(13)与凹槽之间的缝隙以固定样品(13)，并采用铝箔压片I(12)和铝箔压片II(14)分别覆盖在样品(13)两端，并进行准直，使得样品(13)的长边严格沿着x方向；三，电阻应变计(19)安装，首先使用环氧树脂将电阻应变计(19)固定于锡箔纸上，并使得电阻应变计(19)处于受拉力的状态，再将电阻应变计(19)的两端分别固定于支撑片(18)和样品台II(15)上，并进行准直，使得电阻应变计(19)的拉伸测量方向严格沿着x方向；四，对样品(13)施加单方向应力，对压电致动器I(2)及压电致动器III(4)施加正电压，使得其压电陶瓷的堆叠结构伸长，致动器座(1)向x负方向移动，带动压电致动器II(3)、移动块(8)和样品台I(10)一起向x负方向移动，从而对样品(13)产生拉伸作用；对压电致动器II(3)施加正电压，使得其压电陶瓷的堆叠结构伸长，带动移动块(8)和样品台I(10)一起向x正方向移动，从而对样品(13)产生压缩作用；五，测量样品(13)受到的力，电阻应变计(19)测得的数据通过电缆传输进入计算机，计算机处理所述数据后得到与样品(13)受到的力相关的信息。