一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，包括扫描电子显微镜，高温压痕测试单元，控制单元以及计算机；高温压痕测试单元包括底座，设于底座上表面一侧的调节台，设于底座上表面另一侧的高温压痕机构；扫描电子显微镜包括电镜极靴，样品腔室，舱门，功能扩展接口，通讯接口以及光纤接口；调节台上设有样品台，X轴调节装置、Y轴调节装置，Z轴调节装置；高温压痕机构包括加热装置，设于底座上的压头座，以及设于压头座上的压头，压头位于电镜极靴下方。本实用新型专利技术将扫描电子显微镜与高温压痕测试单元有机的结合在一起，电子束扫描成像与高温压痕可以同时进行，互不干扰，实现真正意义上的原位温度场材料性力学能测试。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微观结构性能检测设备
，特别是涉及一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统。
技术介绍
随着材料科学技术的快速发展，如何从微观角度表征材料、结构和器件在高温场作用下的各种物理、化学、力学性能成为材料科学
的研究前沿和热点，因此研究技术基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统在寻求新材料、新技术、新工艺方面显得尤为重要。目前的研究材料力学性能的装置有高温压痕装置，可以在高温场下测试材料的应力应变曲线，以此来研究材料相关的力学性能，如硬度、弹性模量等。但是这些力学性能测试参数往往是宏观的、后位的观测分析，无法从微纳米尺度上解释更为本质的机理，也无法原位的观测材料微观结构的变化。由于目前相关实验测试分析尺度和深度的局限性，本专利设计技术一种结合扫描电子显微镜空间尺寸分辨率高、放大倍数连续可调、样品腔室大等特点，在扫描电子显微镜条件下进行原位高温压痕测试装置。通过本装置以扫描电子显微镜作为原位观测手段，在高温的条件下对材料进行压痕试验，在得到其应力应变曲线的同时原位观测分析压头压入测试材料过程中其微观组织的演变规律以其与力学性能参数的本构关系。
技术实现思路
本技术的目的是技术一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，以解决上述现有技术存在的问题，原位观测材料在不同环境温度下在压头压入测试材料过程中其微观组织的演变规律以其与力学性能参数的本构关系。为实现上述目的，本技术提供了如下方案：本技术提供一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，包括扫描电子显微镜、高温压痕测试单元、控制单元以及计算机，所述高温压痕测试单元设于所述扫描电子显微镜的样品腔室内部，所述控制单元分别与所述扫描电子显微镜、所述高温压痕 测试单元相连接，所述计算机与所述控制单元相连接；所述高温压痕测试单元包括底座、调节台和高温压痕机构，所述调节台上设置有所述样品台，所述调节台设置于所述底座上表面一侧，所述高温压痕机构设置于所述底座上表面另一侧；所述高温压痕机构包括压头、压头加热体、压头隔热层、压头座、力传感器、样品加热体以及样品隔热层；所述压头座设于所述底座上，所述压头设置于所述压头加热体之中，所述压头的尖端从所述压头加热体伸出，所述压头隔热层和压头加热体都设置于所述压头座上，所述压头隔热层位于所述压头加热体与所述力传感器之间，所述力传感器设置于所述压头隔热层与压头座之间，所述压头加热体与所述样品加热体相对设置，所述压头的尖端指向所述样品加热体，所述力传感器、压头加热体、样品加热体都与所述控制单元相连接，所述压头位于所述扫描电子显微镜的电镜极靴的下方。优选地，所述样品腔室设有舱门，所述舱门上设有功能扩展接口、通讯接口、地线接口以及光纤接口通过连接线与所述控制单元相连接。优选地，所述调节台与样品台之间依次设有X轴压电陶瓷、Y轴压电陶瓷和Z轴压电陶瓷，所述X轴压电陶瓷用于所述样品台沿X轴向的位移微调，所述Y轴压电陶瓷用于所述样品台沿Y轴向的位移微调，所述Z轴压电陶瓷用于所述样品台沿Z轴向的位移微调，所述X轴压电陶瓷、Y轴压电陶瓷和Z轴压电陶瓷分别与所述控制单元相连接。优选地，所述样品台设置在所述样品加热体上，所述样品加热体安装在所述Z轴压电陶瓷上，所述样品隔热层设置在所述样品加热体与所述Z轴压电陶瓷之间。优选地，所述调节台包括X轴调节装置、Y轴调节装置、Z轴调节装置；所述电镜极靴所发射的电子束的轴线方向与所述样品台台面的夹角为30°，所述电子束的尖端照射到所述压头的尖端。优选地，所述X轴调节装置能使所述样品台沿所述调节台长度方向移动，所述X轴调节装置包括设于所述调节台上表面的X轴向平移台，设于所述X轴向平移台上的X轴承载座，所述X轴承载座穿设有X轴驱动马达，所述X轴承载座固定连接有一与所述X轴驱动马达平行的X轴驱动杆，所述X轴驱 动杆的端部设有X轴被动齿轮，所述X轴驱动马达上设有与所述X轴被动齿轮相啮合的X轴主动齿轮所述X轴驱动马达与所述控制单元相连接。优选地，所述Y轴调节装置能使所述样品台沿垂直于所述调节台长度方向且垂直于所述底座上表面的方向移动，所述Y轴调节装置包括设于所述样品台与所述调节台之间的Y轴向平移台，设于所述Y轴向平移台上的Y轴承载座，所述Y轴承载座穿射有Y轴驱动马达，所述Y轴承载座固定连接有一与所述Y轴驱动马达平行的Y轴驱动杆，所述Y轴驱动杆的端部设有Y轴被动齿轮，所述Y轴驱动马达上设有与所述Y轴被动齿轮相啮合的Y轴主动齿轮，所述Y轴驱动马达与所述控制单元相连接。优选地，所述Z轴调节装置能使样品台沿垂直于所述调节台的长度方向且平行于所述底座上表面的方向移动，所述Z轴调节装置包括第一Z轴驱动马达、第一Z轴主动齿轮、第一Z轴被动齿轮、第一Z轴驱动杆和第二Z轴驱动马达、第二Z轴主动齿轮、第二Z轴被动齿轮、第二Z轴驱动杆以及第三Z轴驱动马达、第三Z轴主动齿轮、第三Z轴被动齿轮、第三Z轴驱动杆，所述第一Z轴驱动马达和所述第二Z轴驱动马达垂直设于所述样品台一侧的调节台上，所述第三Z轴驱动马达垂直设于所述样品台另一侧的调节台上，所述第一Z轴驱动杆上的第一Z轴被动齿轮与所述第一Z轴主动齿轮相啮合，所述第二Z轴驱动杆上的第二Z轴被动齿轮与所述第二Z轴主动齿轮相啮合，所述第三Z轴驱动杆上的第三Z轴被动齿轮与所述第三Z轴主动齿轮相啮合；所述Z轴调节装置能使所述调节台旋转，所述第一Z轴驱动马达、第二Z轴驱动马达和第三Z轴驱动马达分别与所述控制单元相连接。优选地，所述压头加热体呈圆柱形，所述力传感器呈圆柱帽形，所述压头加热体套设在所述压头隔热层中并与所述压头隔热层贴合，所述力传感器的上表面与所述压头隔热层贴合，所述力传感器的侧面与所述压头座贴合。根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：该套原位高温压痕装置结构简单紧凑、传动平稳、有效地结合温度场和应力场，在扫描电子显微镜成像系统下可对材料的微观变形、损伤与断裂过程进行原位观测，为揭示材料在不同温度场下的力学特性和损伤机制提供了崭新的测试方法。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为高温压痕测试单元在扫描电子显微镜样品室安装的结构示意图；图2为所述高温压痕测试单元的一种视角的结构示意图；图3为所述高温压痕测试单元的另一种视角的结构示意图；图4为所述高温压痕测试单元的局部剖视图；图5为所述高温压痕测试单元的局部示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术的目的是提供一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，以解决现有技术存在的问题，原位观测材料在不同环境温度下在压头压入测试材料过程中其微观组织的演变规律以其与力学性能参数的本构关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，其特征在于：包括扫描电子显微镜、高温压痕测试单元、控制单元以及计算机，所述高温压痕测试单元设于所述扫描电子显微镜的样品腔室内部，所述控制单元分别与所述扫描电子显微镜、所述高温压痕测试单元相连接，所述计算机与所述控制单元相连接；所述高温压痕测试单元包括底座、调节台和高温压痕机构，所述调节台上设置有所述样品台，所述调节台设置于所述底座上表面一侧，所述高温压痕机构设置于所述底座上表面另一侧；所述高温压痕机构包括压头、压头加热体、压头隔热层、压头座、力传感器、样品加热体以及样品隔热层；所述压头座设于所述底座上，所述压头设置于所述压头加热体之中，所述压头的尖端从所述压头加热体伸出，所述压头隔热层和压头加热体都设置于所述压头座上，所述压头隔热层位于所述压头加热体与所述压头座之间，所述力传感器设置于所述压头座与所述压头隔热层之间，所述压头加热体与所述样品加热体相对设置，所述压头的尖端指向所述样品加热体，所述力传感器、压头加热体、样品加热体都与所述控制单元相连接，所述压头的尖端位于所述扫描电子显微镜的电镜极靴的正下方。

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，其特征在于：包括扫描电子显微镜、高温压痕测试单元、控制单元以及计算机，所述高温压痕测试单元设于所述扫描电子显微镜的样品腔室内部，所述控制单元分别与所述扫描电子显微镜、所述高温压痕测试单元相连接，所述计算机与所述控制单元相连接；所述高温压痕测试单元包括底座、调节台和高温压痕机构，所述调节台上设置有所述样品台，所述调节台设置于所述底座上表面一侧，所述高温压痕机构设置于所述底座上表面另一侧；所述高温压痕机构包括压头、压头加热体、压头隔热层、压头座、力传感器、样品加热体以及样品隔热层；所述压头座设于所述底座上，所述压头设置于所述压头加热体之中，所述压头的尖端从所述压头加热体伸出，所述压头隔热层和压头加热体都设置于所述压头座上，所述压头隔热层位于所述压头加热体与所述压头座之间，所述力传感器设置于所述压头座与所述压头隔热层之间，所述压头加热体与所述样品加热体相对设置，所述压头的尖端指向所述样品加热体，所述力传感器、压头加热体、样品加热体都与所述控制单元相连接，所述压头的尖端位于所述扫描电子显微镜的电镜极靴的正下方。2.根据权利要求1所述的基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，其特征在于：所述样品腔室设有舱门，所述舱门上设有功能扩展接口、通讯接口、地线接口以及光纤接口通过连接线与所述控制单元相连接。3.根据权利要求1所述的基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，其特征在于：所述调节台与样品台之间依次设有X轴压电陶瓷、Y轴压电陶瓷和Z轴压电陶瓷，所述X轴压电陶瓷用于所述样品台沿X轴向的位移微调，所述Y轴压电陶瓷用于所述样品台沿Y轴向的位移微调，所述Z轴压电陶瓷用于所述样品台沿Z轴向的位移微调，所述X轴压电陶瓷、Y轴压电陶瓷和Z轴压电陶瓷分别与所述控制单元相连接。4.根据权利要求3所述的基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，其特征在于：所述样品台设置在所述样品加热体上，所述样品加热体安装在所述Z轴压电陶瓷上，所述样品隔热层设置在所述样品加热体与所述Z轴压电陶瓷之间。5.根据权利要求4所述的基于扫描电子显微镜的原位高温压痕测试系统，其特征在于：所述调节台包括X轴调节装置、Y轴调节装置、Z轴调节装置； 所述电镜极靴所发射的电子束的轴线方向与所述样品台台面的夹角为30°，所述电子束的尖端照射到所述压头的尖端。6.根据权利要求5所述的基于扫描电子显微镜的原位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃飞，王晋，赵波慧，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11