一种小型高温压痕力学性能测试设备制造技术

技术编号:18254469 阅读:54 留言:0更新日期:2018-06-20 06:58
本发明专利技术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。

A small mechanical testing equipment for high temperature indentation

The invention discloses a small high temperature indentation mechanical performance testing equipment with reliable structure, stable loading and high precision. The Z moves the moving plate to the moving guide along the floor by the Z driving device, and the Z to the moving plate is provided with the Z to the piezo Tao Cimo block and the pressure head mounting plate from the bottom to the top; the high temperature press head is in the press head. One end of the mounting plate; the mounting base is connected to the end of the floor, and the X is driven by the X to the driving device to slide along the moving guide along the mounting base. The X is provided with a Y to the moving guide on the moving plate, and the Y is driven by the Y to the driving device to slide along the Y to the moving guide, and the Y to the moving plate is from the bottom to the top. A two dimensional piezoelectric ceramic module, a piezoelectric ceramic module, a force sensor, a heat insulation base and a sample table are equipped with a heater. The controller is connected to a X drive device, a Y drive device, a Z drive device, a force sensor and a heater.

【技术实现步骤摘要】
一种小型高温压痕力学性能测试设备
本专利技术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。
技术介绍
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。专利技术内容本专利技术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,本专利技术提供了如下方案:本专利技术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。优选的,还包括一光栅位移传感器,所述Z向移动板上通过第一固定板连接有位移传感器滑动板,所述光栅位移传感器的读数头设置于所述位移传感器滑动板上,所述光栅传感器的标尺设置于一位移传感器固定板上,所述位移传感器滑动板与所述位移传感器固定板滑动连接,且所述位移传感器固定板通过第二固定板连接于所述底板上。优选的,所述X向驱动装置包括X向电机,所述X向电机通过X向电机固定座连接于所述安装底座上,所述X向电机的输出轴连接有一X向电机齿轮,所述X向电机齿轮啮合有一X向丝杠齿轮,所述X向丝杠齿轮固定连接有一X向精密调整丝杠,所述X向精密调整丝杠的轴向方向和所述X向电机的轴向方向均平行于所述底板的宽度方向,且所述X向精密调整丝杠螺纹连接有一X向螺母,所述X向螺母固定连接于X向螺母安装板上,所述X向螺母安装板连接于所述X向移动板上,且所述X向螺母安装板自由套设于所述X向电机外并能够沿所述X向电机的轴向自由移动。优选的,所述Y向驱动装置包括Y向电机,所述Y向电机通过Y向电机固定座连接于所述底板上,所述Y向电机的输出轴连接有一Y向电机齿轮,所述Y向电机齿轮啮合有一Y向丝杠齿轮,所述Y向丝杠齿轮固定连接有一Y向精密调整丝杠,所述Y向精密调整丝杠的轴向方向和所述Y向电机的轴向方向均垂直于所述底板,且所述Y向精密调整丝杠螺纹连接有一Y向螺母,所述Y向螺母固定连接于Y向螺母安装板上,所述Y向螺母安装板连接于所述Y向移动板上,且所述Y向螺母安装板自由套设于所述Y向电机外并能够沿所述Y向电机的轴向自由移动。优选的,所述压头安装板上设有铝散热结构,所述铝散热结构和所述压头安装板均通过安装螺钉与所述Z向压电陶瓷模块连接,所述压头安装板与所述Z向压电陶瓷模块之间设有多个隔热陶瓷衬套,各所述安装螺钉均穿过一个所述隔热陶瓷衬套后与所述Z向压电陶瓷模块连接。优选的,所述样品台一端设有一固定柱,所述固定柱上设有所述加热器,所述加热器为加热钨丝,所述样品台连接于所述隔热底座的外端时,所述固定柱伸入至所述隔热底座内,所述隔热底座为氧化锆陶瓷底座,所述样品台为氧化铝样品台;所述样品台上还设有温度传感器,所述温度传感器与所述控制器通信连接。优选的,所述隔热陶瓷衬套为氧化锆陶瓷衬套,所述底板为紫铜底板,所述安装底座为不锈钢底座,所述高温压头为难熔钼合金压头,所述高温压头尖端为金刚石针尖。优选的,所述Z向移动导轨为双交叉辊子导轨,所述X向精密调整丝杠的螺距、所述Y向精密调整丝杠的螺距和所述Z向精密调整丝杠的螺距均为200~300微米。优选的,还包括一顶板,所述顶板连接于所述底板沿长度方向的一端并与所述安装底座相对平行设置。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果:本专利技术提供的小型高温压痕力学性能测试设备,X向压电陶瓷模块包括X向压电陶瓷和X向闭环控制系统,Y向压电陶瓷模块包括Y向压电陶瓷和Y向闭环控制系统,Z向压电陶瓷模块包括Z向压电陶瓷和Z向闭环控制系统,X向闭环控制系统能够获得X向压电陶瓷的位移信息并控制X向压电陶瓷的位移,Y向闭环控制系统能够获得Y向压电陶瓷的位移信息并控制Y向压电陶瓷的位移,Z向闭环控制系统能够获得Z向压电陶瓷的位移信息并控制Z向压电陶瓷的位移;并且通过控制器控制X向驱动装置、Y向驱动装置和Z向驱动装置,驱动X向驱动装置和Y向驱动装置带动样品台移动,驱动Z向驱动装置带动高温压头移动,从而实现样品台上的样品与高温压头相对位置的粗调,使样品的待测区域基本位于高温压头下方,接着通过X向压电陶瓷模块和Y向压电陶瓷模块的精密调节,可使样品表面待测区域或结构位于高温压头正下方并通过控制器控制加热器开始样品加热,当样品到达设置温度后通过Z向压电陶瓷模块的精密调节,控制高温压头自动接近并压入样品。位移调节精度高,结构可靠,加载稳定,大大提高了测试数本文档来自技高网...
一种小型高温压痕力学性能测试设备

【技术保护点】
1.一种小型高温压痕力学性能测试设备,其特征在于:包括:底板,所述底板上沿长度方向设有Z向移动导轨,所述Z向移动导轨上滑动连接有Z向移动板,所述Z向移动板由Z向驱动装置驱动沿所述Z向移动导轨往复滑动;Z向压电陶瓷模块,所述Z向压电陶瓷模块设置于所述Z向移动板上,所述Z向压电陶瓷模块上安装有压头安装板;高温压头,所述高温压头安装于所述压头安装板的一端;安装底座,所述安装底座连接于所述底板沿长度方向的一端,且所述安装底座的长度方向平行于所述底板的宽度方向;所述安装底座上沿长度方向设有X向移动导轨,所述X向移动导轨上滑动连接有X向移动板,所述X向移动板由X向驱动装置驱动沿所述X向移动导轨往复滑动,所述X向移动板上设有Y向移动导轨,所述Y向移动导轨的长度方向垂直于所述底板的平面方向,所述Y向移动导轨上滑动连接有Y向移动板,所述Y向移动板由Y向驱动装置驱动沿所述Y向移动导轨往复滑动;二维压电陶瓷模块,所述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,所述二维压电陶瓷模块设置于所述Y向移动板上,所述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,所述力传感器上连接有隔热底座;样品台,所述样品台连接于所述隔热底座上,所述样品台上设有加热器以加热所述样品台;以及控制器,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。...

【技术特征摘要】
1.一种小型高温压痕力学性能测试设备,其特征在于:包括:底板,所述底板上沿长度方向设有Z向移动导轨,所述Z向移动导轨上滑动连接有Z向移动板,所述Z向移动板由Z向驱动装置驱动沿所述Z向移动导轨往复滑动;Z向压电陶瓷模块,所述Z向压电陶瓷模块设置于所述Z向移动板上,所述Z向压电陶瓷模块上安装有压头安装板;高温压头,所述高温压头安装于所述压头安装板的一端;安装底座,所述安装底座连接于所述底板沿长度方向的一端,且所述安装底座的长度方向平行于所述底板的宽度方向;所述安装底座上沿长度方向设有X向移动导轨,所述X向移动导轨上滑动连接有X向移动板,所述X向移动板由X向驱动装置驱动沿所述X向移动导轨往复滑动,所述X向移动板上设有Y向移动导轨,所述Y向移动导轨的长度方向垂直于所述底板的平面方向,所述Y向移动导轨上滑动连接有Y向移动板,所述Y向移动板由Y向驱动装置驱动沿所述Y向移动导轨往复滑动;二维压电陶瓷模块,所述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,所述二维压电陶瓷模块设置于所述Y向移动板上,所述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,所述力传感器上连接有隔热底座;样品台,所述样品台连接于所述隔热底座上,所述样品台上设有加热器以加热所述样品台;以及控制器,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。2.根据权利要求1所述的小型高温压痕力学性能测试设备,其特征在于: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。3.根据权利要求1或2所述的小型高温压痕力学性能测试设备,其特征在于:还包括一光栅位移传感器,所述Z向移动板上通过第一固定板连接有位移传感器滑动板,所述光栅位移传感器的读数头设置于所述位移传感器滑动板上,所述光栅传感器的标尺设置于一位移传感器固定板上,所述位移传感器滑动板与所述位移传感器固定板滑动连接,且所述位移传感器固定板通过第二固定板连接于所述底板上。4.根据权利要求3所述的小型高温压痕力学性能测试设备,其特征在于:所述X向驱动装置包括X向电机,所述X向电机通过X向电机固定座连接于所述安装底座上,所述X向电机的输出轴连接有一X向电机齿轮,所述X向电机齿轮啮合有一X向丝杠齿...

【专利技术属性】
技术研发人员:张跃飞马晋遥王晋唐亮
申请(专利权)人:北京工业大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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