一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置及方法，包括：样品夹具台、电阻测量装置和热处理装置；所述样品夹具台包括四个电极和压力控制器，所述压力控制器能够控制电极一端与样品之间的压力，以形成设定的应力场；每一个电极均通过导线连接至电阻测量装置，用于测量样品电阻信号；样品夹具台设置在热处理装置内，所述热处理装置能够按照设定的温度控制流程进行样品所处环境温度的控制。本发明专利技术电阻信号测量装置能够实现在一定的保压条件下的快速变温过程，实现了热场和应力场下的同步材料性能调控和高频电阻率测量。力场下的同步材料性能调控和高频电阻率测量。力场下的同步材料性能调控和高频电阻率测量。

【技术实现步骤摘要】
一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置及方法


[0001]本专利技术涉及电阻信号测量
，尤其涉及一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]材料的电阻率本质上与其电子结构有关，并且对结构变化十分敏感。由此，可以通过采集材料电阻信号来研究材料结构特征与演变方式。例如，纯金属随着温度的升高，正离子的振动振幅加大，对自由电子的阻碍作用也加大，所以通过探测升温过程纯金属的电阻率变化可以得到其内部粒子的运动规律。对于非晶合金，与仅具有放热峰的DSC曲线相比，电阻率温度曲线提供了更多有关非晶合金结构演化的细节。除了无序到有序转变之外，诸如不同的结晶路径，相分解、二十面体相或者金属间化合物的形成，以及不同的结晶动力学等其他因素也极大地影响电阻率的变化。与晶体材料不同，即使是在远低于屈服强度的应力场下，非晶合金也会发生缓慢的流动行为，即不可逆的结构变化。这个变化在常规测试手段中难以捕捉，通过电阻率的测量为探究非晶合金应力场下的结构变化提供契机。
[0004]调整环境温度和施加外部压力是材料性能调控的常用手段。热场和应力场的改变可以有效地改变材料内部的原子/电子能态，从而促进材料结构的演变，帮助探究不同材料的性能、结构信息等物理本质。有别于常规的热信号和力学信号，电阻信号这一独特角度可以有效的探测材料的性能结构演化细节过程，为分析快速变温和保压状态下材料的动力学过程提供途径。
[0005]在快速热场和应力场的调控下，如何同步地、高速地进行电阻率的测量与性能监控是研究中面临的重要问题。在这个过程中，不仅要记录大量的实验数据，并且要对实验数据进行转换、处理和绘制曲线；尤其是在小尺寸材料的测量过程中，工作量大、操作复杂、误差难以控制等问题更为明显。
[0006]现有技术中虽然也有将“热/温度”或“压力/应力/压强”同时施加到样品上进行电阻测量的设计思路，但是他们都是预先设定一个保温温度及压力值，然后再测量；无法实现温度场的快速变化和压力场的随时调控，无法实现在压力场和温度场下同时进行材料电阻测量和性能调控。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置及方法，能够实现合金材料在快速变温和保压状态下同步精细采集动态电阻信号变化，同时实现对材料性能的精细调控。
[0008]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0009]一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置，包括：样品夹具台、电阻测量
装置和热处理装置；
[0010]所述样品夹具台包括四个电极和压力控制器，所述压力控制器能够控制电极一端与样品之间的压力，以形成设定的应力场；每一个电极均通过导线连接至电阻测量装置，用于测量样品电阻信号；
[0011]样品夹具台设置在热处理装置内，所述热处理装置能够按照设定的温度控制流程进行样品所处环境温度的控制。
[0012]作为进一步地方案，所述样品夹具台还包括：样品承载台、上绝缘带孔垫片和下绝缘带孔垫片；上绝缘带孔垫片和下绝缘带孔垫片中的孔相对设置，多个电极等间距排成一排，每个电极插入上下对应的孔中，并将弹簧顶针一端伸出下绝缘带孔垫片与样品表面接触。
[0013]作为进一步地方案，所述上绝缘带孔垫片和下绝缘带孔垫片之间通过垫片夹进行固定。
[0014]作为进一步地方案，所述压力控制器用于对上绝缘带孔垫片上方和样品承载台下方之间进行加压。
[0015]作为进一步地方案，所述热处理装置包括：控温单元、加热炉和温度监控热电偶；控温单元通过温度监控热电偶连接加热炉；样品夹具台能够放入加热炉内。
[0016]作为进一步地方案，所述电阻测量装置能够输出设定的恒流源信号。
[0017]作为进一步地方案，所述电阻测量装置基于开尔文四线检测方式进行电阻信号测量；四个电极分别连接样品表面，其中两个电极用于输入电流源，另外两个电极用于输出测量电压；基于测量电压计算电阻值。
[0018]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0019]一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的方法，包括：
[0020]将四个电极的弹簧顶针一端分别压待测样品表面，并与待测样品充分接触；
[0021]通过压力控制器控制各个电极对待测样品的压力，使待测样品处于设定的不均匀保压状态，形成应力场；
[0022]通过热处理装置按照设定的温度控制过程为样品夹具台进行温度控制；
[0023]通过电阻测量装置提供设定的恒流源，记录温度变化过程中的电阻信号数据，基于电阻信号数据计算电阻率数据；从而实现在热场和应力场下同步进行材料电阻信号测量和性能调控。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025](1)本专利技术电阻信号测量装置能够实现在一定的保压条件下的快速变温过程，实现了热场和应力场下的同步材料性能调控和高频电阻率测量。可以通过快速变化的热场和不均匀的应力场控制实现对材料性能的精细调控，有助于探究材料在快速变温保压过程中性能结构演变背后的物理机制。并且这个装置为深入探究材料在动力学不平衡状态下的热电性能之间的联系，揭示其物理本质提供了独特的实验方法。
[0026](2)本专利技术利用四个电极为材料提供设定的压力，同时基于四个电极进行材料电阻信号的测量，结果简单，操作方便，将整个样品夹具台置于快速温度变化的热处理装置中，能够实现同步进行材料电阻信号测量和性能调控。
[0027]本专利技术的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面
的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例中的在热场和应力场下同步材料电阻信号测量装置结构示意图；
[0029]图2(a)为有限元模拟样品夹具台示意图；在加持力为10N的条件下快速升温，分别得到0℃(图2(b))、225℃(图2(c))、825℃(图2(d))下Ti板材的应变分布图；
[0030]图3(a)为Ti板材升温过程电阻率温度曲线，图3(b)为Fe基非晶合金条带升温过程电阻率温度曲线；
[0031]其中，101.控温单元，102.红外加热炉，103.温度监控热电偶，201.电阻测量装置，202.导线，301.样品承载台，302.上绝缘带孔垫片，303.下绝缘带孔垫片，304.电极，401.垫片夹，402.压力控制器，5.样品。
具体实施方式
[0032]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置，其特征在于，包括：样品夹具台、电阻测量装置和热处理装置；所述样品夹具台包括四个电极和压力控制器，所述压力控制器能够控制电极一端与样品之间的压力，以形成设定的应力场；每一个电极均通过导线连接至电阻测量装置，用于测量样品电阻信号；样品夹具台设置在热处理装置内，所述热处理装置能够按照设定的温度控制流程进行样品所处环境温度的控制。2.如权利要求1所述的一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置，其特征在于，所述样品夹具台还包括：样品承载台、上绝缘带孔垫片和下绝缘带孔垫片；上绝缘带孔垫片和下绝缘带孔垫片中的孔相对设置，多个电极等间距排成一排，每个电极插入上下对应的孔中，并将弹簧顶针一端伸出下绝缘带孔垫片与样品表面接触。3.如权利要求2所述的一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置，其特征在于，所述上绝缘带孔垫片和下绝缘带孔垫片之间通过垫片夹进行固定。4.如权利要求2所述的一种同步进行材料电阻信号测量和性能调控的装置，其特征在于，所述压力控制器用于对上绝缘带孔垫片上方和样品承载台下方之间进行加压。5.如权利要求1所述的一种同步进行材...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟森宽，张涵，冯雨萱，胡丽娜，王峥，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：