一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统技术方案

本实用新型专利技术一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统，应用在扫描电镜的真空测试腔内，包括驱动机构、传动机构、夹具、高低温力学测试系统载荷加载系统及高低温控制系统、电磁消除系统、真空光栅尺，所述载荷加载系统控制驱动机构和传动机构以实现对试样的夹持，以及力的测试，所述高低温控制系统调节控制所述高低温试验台的实验温度，实现样品在高低温环境下的力学测试，通过低温液体在银质块体中的气化及传热，使得银质块体达到

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统


[0001]本技术涉及材料原位拉伸测试装置
，具体为一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统。

技术介绍

[0002]人类发展史其实也是材料的发展史，随着人类科技的不断进步，对于材料的研究已然从宏观走向微观，从离线表征走向在线表征，从常规工况走向严苛工况。
[0003]扫描电镜(SEM)作为一种介于透射电镜与光学显微镜之间的一种微观形貌观测手段，由于其具有制样相对简单，成像景深大，视野大，成像立体效果好等特点而被广泛的应用于科学研究的各个领域，为了准确研究材料在各载荷状态下的变化过程，机制及其对性能的影响，结合了SEM电镜的“原位”技术在近年来有了长足的发展，很多基于SEM电镜的微型多功能原位试验台被开发出来，有效解决了科学研究中对不同载荷条件下材料的原位观测问题。
[0004]随着人类科技向着核能源、深海、深空的快速发展，常规实验条件已经难以满足严苛环境下对材料进行性能评定的需求，一些原位热力耦合原位试验台被相继开发出来。但是由于扫描电镜腔室大小的限制，以及其对真空度的高要求，带有环境的原位试验台开发较为困难，目前通常只有高温环境与力学试验台相耦合的产品，高低温环境由于获得的困难性，以及对SEM电镜观测的干扰性，其相关设备十分少见，深冷环境与原位力学试验台的耦合产品更是空白，然而航天、深空探测、液体能源储运等领域向更低温、装置规模大型化发展，火灾、爆炸等恶性事故时有发生，导致人员伤亡、经济损失，为保障低温设备的安全运行，对深冷严苛工况下材料的性能研究及安全评价是急需开展的工作。
[0005]现有技术CN113138130A
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超低温原位拉伸台及扫描电镜超低温原位拉伸测试系统，公开了一种基于扫描电镜的超低温原位拉伸台，记载了低温拉伸试验中工件夹持稳定夹持、循环制冷的技术方案，但该方案存在以下两个重要缺陷：一是无法实现样品自动控温，且无高温加热功能，导致进行低温试验后，在电镜真空腔内自然升温，时长达2
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3个小时，由于真空隔热导致升温时间长，打开仓门口含有水蒸气的空气进入扫描电镜真空腔体内，低温模块和样品在低温下凝结水汽结霜，造成扫描电镜极大的存在损坏风险；二是也无法有效屏蔽元件产生的电磁干扰，干扰扫描电镜工作时高能电子束轨迹，造成成像画面出现水波纹，进而影响扫描电镜成像质量。

技术实现思路

[0006]基于上述技术缺陷，本技术提供一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统，具有高低温控制系统解决了自动控温的技术问题，伺服电机采用主动电磁屏蔽系统以及及输送导线均设置电磁屏蔽涂层解决了电磁干扰的问题。
[0007]本技术一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统，应用在扫描电镜的真空测试腔内，所述高低温力学测试系统包括底座，具有安装槽以及一传动箱；驱动机构和传动机
构，所述驱动机构是指具有在真空环境下工作的电机，连接于所述传动机构，所述传动机构置于所述传动箱中，所述传动机构至少部分位于所述安装槽中；夹具，安装在所述安装槽中的丝杠传动机构上，在夹具一侧设置有力传感器，力传感器与夹具刚性连接，实现对试样的夹持及载荷的传递；高低温试验台，设置在所述安装槽内，且位于两个所述夹具之间；所述低温试验台包括高低温载物台以及与高低温载物台连接的高低温控制系统，所述高低温载物台内部具有相通的制冷液通道，所述制冷液通道具有一进液口和一出液口，所述低温控制系统通过进液管与进液口连通，液氮管路通过真空法兰与外部高低温控制器、液氮罐连通，电磁消除系统，所述的电磁消除系统包括电磁线圈，缠绕于驱动机构伺服电机外部，通过导线与电镜真空腔体外部的信号采集器和信号发生器相连接；真空光栅尺，所述的真空光栅尺与传动机构通过相对位的移滑块连接，当滑块发生位移时将位移信号转换成光电信号传输至外部位移控制器。
[0008]进一步，所述驱动机构包括一伺服电机，所述伺服电机具有一驱动轴，所述传动机构包括至少一根丝杆，还包括第一同步齿轮、第二同步齿轮以及蜗轮蜗杆，所述驱动轴连接有一光电编码器，所述驱动轴与第一同步齿轮连接，所述第一同步齿轮和第二同步齿轮啮合，所述第二同步齿轮与蜗轮蜗杆啮合，所述蜗轮蜗杆由高速蜗轮蜗杆和低速蜗轮蜗杆组成两级蜗轮蜗杆，进行减速增距，用于改变动力传递方向，所述丝杆为滚珠丝杆，滚珠丝杆输出的动力沿滚珠丝杆的轴线方向，所述伺服电机外部具有电磁线圈与电磁信号检测传感器，通过导线与电镜真空腔体外部的信号采集器和信号发生器相连接，电磁信号检测传感器采集到电磁强度和相位，反馈给信号发生器，信号发生器换将电磁信号算成电磁线圈产生相同强度且相位相差180
°
的电流，电流通过导线激发伺服电机上电磁线圈产生电磁场，消除伺服电机所产生的电磁场。
[0009]进一步，所述安装槽包括第一安装槽和第二安装槽，第一安装槽内设置有伺服电机以及驱动轴，所述驱动轴与丝杆平行，所述夹具包括至少两个横梁，每一横梁中部均设有一夹具，所述丝杆具有两根，两根丝杆同时与蜗轮蜗杆连接，两根丝杆通过轴承座与底座连接，两根丝杆螺纹旋向相反，丝杆运动时，同步带动横梁相互靠近或者远离，横梁中间设置左右两个夹具，左右夹具上设置有防滑凹槽，并对称开有四个螺纹孔，相应的上盖板通过螺丝与左右夹具结合，在夹具一侧设置有力传感器，力传感器与夹具刚性连接，实现对试样的夹持及载荷的传递。
[0010]进一步，在夹具连接的滑块上连接水冷板，水冷板为铜制或不锈钢等导热性良好的金属，水冷板内有水冷回路，扫描电镜外部设置水冷循环系统，通过硅胶柔性管路穿过扫描电镜真空腔体的真空密封法兰与水冷板的进液口连接，经过水冷板内的回路后与硅胶软管连接，硅胶软管穿过扫描电镜真空腔体的真空密封法兰回到水冷循环系统，保持夹具后端的力传感器处于
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20℃到80℃，保证力传感器的处于正常的工作温度。
[0011]进一步，所述高低温载物台内部开有螺旋式流道，所述流道的一开口与进液口相通，另一开口与出液口相通，形成贯通的制冷回路，所述高低温载物台内部面粘连有一金属导温层，该金属导温层与高低温载物台之间设有加热装置，所述金属导温层采用银材质或铜材质中的一种。
[0012]进一步，所述高低温载物台采用金属制成，所述载物台呈矩形、梯形、圆形或椭圆形的一种，所述高低温载物台采用导热性好的银材质、铜材质中的一种，所述高低温载物台
内部设有温度传感器，所述温度传感器与PID温度控制器电性连接，所述温度传感器外部涂覆有电磁屏蔽涂层，其信号传输线采用电磁信号屏蔽线。
[0013]进一步，所述出液口密封连接一出液管，所述进液管和出液管采用真空金属管，所述进液管和出液管与高低温载物台上的进液口、出液口焊接连接，形成回路。
[0014]进一步，所述真空测试腔具有电镜接口，所述电镜接口用于进液管和出液管穿过，所述进液管和出液管通过电镜接口导出后与低温控制系统连接，低温控制系统通过低温泵精准调节液氮进入量，以实现对高低温载物台的精准温度控制，所述低温泵将低温液体由低温软管输送入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描电镜的高低温力学测试系统，应用在扫描电镜的真空测试腔内，其特征在于：所述高低温力学测试系统包括底座，具有安装槽以及一传动箱；驱动机构和传动机构，所述驱动机构是指具有在真空环境下工作的电机，连接于所述传动机构，所述传动机构置于所述传动箱中，所述传动机构至少部分位于所述安装槽中；夹具，安装在所述安装槽中的丝杠传动机构上；高低温试验台，设置在所述安装槽内，且位于两个所述夹具之间；所述低温试验台包括高低温载物台以及与高低温载物台连接的高低温控制系统，所述高低温载物台内部具有相通的制冷液通道，所述制冷液通道具有一进液口和一出液口，所述低温控制系统通过进液管与进液口连通，液氮管路通过真空法兰与外部高低温控制器、液氮罐连通，电磁消除系统，所述的电磁消除系统包括消磁线圈，缠绕于驱动机构伺服电机外部，通过导线与电镜真空腔体外部的信号采集器和信号发生器相连接；真空光栅尺，所述的真空光栅尺与传动机构通过相对位移的滑块连接，当滑块位移时将位移信号转换成光电信号传输至外部位移控制器。2.根据权利要求1所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统，其特征在于：所述驱动机构包括一伺服电机，所述伺服电机具有一驱动轴，所述传动机构包括至少一根丝杆，还包括第一同步齿轮、第二同步齿轮以及蜗轮蜗杆，所述驱动轴连接有一光电编码器，所述驱动轴与第一同步齿轮连接，所述第一同步齿轮和第二同步齿轮啮合，所述第二同步齿轮与蜗轮蜗杆啮合，所述蜗轮蜗杆由高速蜗轮蜗杆和低速蜗轮蜗杆组成两级蜗轮蜗杆，进行减速增距，用于改变动力传递方向，所述丝杆为滚珠丝杆，滚珠丝杆输出的动力沿滚珠丝杆的轴线方向，所述伺服电机外部具有电磁线圈与电磁信号检测传感器，通过导线与电镜真空腔体外部的信号采集器和信号发生器相连接，电磁信号检测传感器采集到电磁强度和相位，反馈给信号发生器，信号发生器换将电磁信号算成电磁线圈产生相同强度且相位相差180
°
的电流，电流通过导线激发伺服电机上电磁线圈产生电磁场，消除伺服电机所产生的电磁场。3.根据权利要求1所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统，其特征在于：所述安装槽包括第一安装槽和第二安装槽，第一安装槽内设置有伺服电机以及驱动轴，所述驱动轴与丝杆平行，所述夹具包括至少两个横梁，每一横梁中部均设有一夹具，所述丝杆具有两根，两根丝杆同时与蜗轮蜗杆连接，两根丝杆通过轴承座与底座连接，两根丝杆螺纹旋向相反，丝杆运动时，同步带动横梁相互靠近或者远离，横梁中间设置左右两个夹具，左右夹具上设置有防滑凹槽，并对称开有四个螺纹孔，相应的上盖板通过螺丝与左右夹具结合，在夹具一侧设置有力传感器，力传感器与夹具刚性连接，实现对试样的夹持及载荷的传递。4.根据权利要求3所述的基于扫描电镜的高低温力学测试系统，其特征在于：在夹具连接的滑块上连接水冷板，水冷板为铜制或不锈钢导热性良好的金属，水冷板内有水冷回路，扫描电镜外部设置水冷循环系统，通过硅胶柔性管路穿过扫描电镜真空腔体的真空密封法兰与水冷板的进液口连接，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天彪，张显程，汪明炉，谈建平，谢煜，
申请(专利权)人：文天精策仪器科技苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：