一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，包括掃描電子顯微鏡，高溫壓痕測(cè)試單元，控制單元以及計(jì)算機(jī)；高溫壓痕測(cè)試單元包括底座，設(shè)于底座上表面一側(cè)的調(diào)節(jié)臺(tái)，設(shè)于底座上表面另一側(cè)的高溫壓痕機(jī)構(gòu)；掃描電子顯微鏡包括電鏡極靴，樣品腔室，艙門，功能擴(kuò)展接口，通訊接口以及光纖接口；調(diào)節(jié)臺(tái)上設(shè)有樣品臺(tái)，X軸調(diào)節(jié)裝置、Y軸調(diào)節(jié)裝置，Z軸調(diào)節(jié)裝置；高溫壓痕機(jī)構(gòu)包括加熱裝置，設(shè)于底座上的壓頭座，以及設(shè)于壓頭座上的壓頭，壓頭位于電鏡極靴下方。本發(fā)明將掃描電子顯微鏡與高溫壓痕測(cè)試單元有機(jī)的結(jié)合在一起，電子束掃描成像與高溫壓痕可以同時(shí)進(jìn)行，互不干擾，實(shí)現(xiàn)真正意義上的原位溫度場(chǎng)材料性力學(xué)能測(cè)試。
【專利說(shuō)明】
一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微觀結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，如何從微觀角度表征材料、結(jié)構(gòu)和器件在高溫場(chǎng)作用下的各種物理、化學(xué)、力學(xué)性能成為材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)，因此研究發(fā)明基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)在尋求新材料、新技術(shù)、新工藝方面顯得尤為重要。
[0003]目前的研究材料力學(xué)性能的裝置有高溫壓痕裝置，可以在高溫場(chǎng)下測(cè)試材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，以此來(lái)研究材料相關(guān)的力學(xué)性能，如硬度、彈性模量等。但是這些力學(xué)性能測(cè)試參數(shù)往往是宏觀的、后位的觀測(cè)分析，無(wú)法從微納米尺度上解釋更為本質(zhì)的機(jī)理，也無(wú)法原位的觀測(cè)材料微觀結(jié)構(gòu)的變化。由于目前相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析尺度和深度的局限性，本專利設(shè)計(jì)發(fā)明一種結(jié)合掃描電子顯微鏡空間尺寸分辨率高、放大倍數(shù)連續(xù)可調(diào)、樣品腔室大等特點(diǎn)，在掃描電子顯微鏡條件下進(jìn)行原位高溫壓痕測(cè)試裝置。通過(guò)本裝置以掃描電子顯微鏡作為原位觀測(cè)手段，在高溫的條件下對(duì)材料進(jìn)行壓痕試驗(yàn)，在得到其應(yīng)力應(yīng)變曲線的同時(shí)原位觀測(cè)分析壓頭壓入測(cè)試材料過(guò)程中其微觀組織的演變規(guī)律以其與力學(xué)性能參數(shù)的本構(gòu)關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是發(fā)明一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，原位觀測(cè)材料在不同環(huán)境溫度下在壓頭壓入測(cè)試材料過(guò)程中其微觀組織的演變規(guī)律以其與力學(xué)性能參數(shù)的本構(gòu)關(guān)系。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案:本發(fā)明提供一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，包括掃描電子顯微鏡、高溫壓痕測(cè)試單元、控制單元以及計(jì)算機(jī)，所述高溫壓痕測(cè)試單元設(shè)于所述掃描電子顯微鏡的樣品腔室內(nèi)部，所述控制單元分別與所述掃描電子顯微鏡、所述高溫壓痕測(cè)試單元相連接，所述計(jì)算機(jī)與所述控制單元相連接;所述高溫壓痕測(cè)試單元包括底座、調(diào)節(jié)臺(tái)和高溫壓痕機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)臺(tái)上設(shè)置有所述樣品臺(tái)，所述調(diào)節(jié)臺(tái)設(shè)置于所述底座上表面一側(cè)，所述高溫壓痕機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述底座上表面另一側(cè);所述高溫壓痕機(jī)構(gòu)包括壓頭、壓頭加熱體、壓頭隔熱層、壓頭座、力傳感器、樣品加熱體以及樣品隔熱層;所述壓頭座設(shè)于所述底座上，所述壓頭設(shè)置于所述壓頭加熱體之中，所述壓頭的尖端從所述壓頭加熱體伸出，所述壓頭隔熱層和壓頭加熱體都設(shè)置于所述壓頭座上，所述壓頭隔熱層位于所述壓頭加熱體與所述力傳感器之間，所述力傳感器設(shè)置于所述壓頭隔熱層與壓頭座之間，所述壓頭加熱體與所述樣品加熱體相對(duì)設(shè)置，所述壓頭的尖端指向所述樣品加熱體，所述力傳感器、壓頭加熱體、樣品加熱體都與所述控制單元相連接，所述壓頭位于所述掃描電子顯微鏡的電鏡極靴的下方。
[0006]優(yōu)選地，所述樣品腔室設(shè)有艙門，所述艙門上設(shè)有功能擴(kuò)展接口、通訊接口、地線接口以及光纖接口通過(guò)連接線與所述控制單元相連接。
[0007]優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)臺(tái)與樣品臺(tái)之間依次設(shè)有X軸壓電陶瓷、Y軸壓電陶瓷和Z軸壓電陶瓷，所述X軸壓電陶瓷用于所述樣品臺(tái)沿X軸向的位移微調(diào)，所述Y軸壓電陶瓷用于所述樣品臺(tái)沿Y軸向的位移微調(diào)，所述Z軸壓電陶瓷用于所述樣品臺(tái)沿Z軸向的位移微調(diào)，所述X軸壓電陶瓷、Y軸壓電陶瓷和Z軸壓電陶瓷分別與所述控制單元相連接。
[0008]優(yōu)選地，所述樣品臺(tái)設(shè)置在所述樣品加熱體上，所述樣品加熱體安裝在所述Z軸壓電陶瓷上，所述樣品隔熱層設(shè)置在所述樣品加熱體與所述Z軸壓電陶瓷之間。
[0009]優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)臺(tái)包括X軸調(diào)節(jié)裝置、Y軸調(diào)節(jié)裝置、Z軸調(diào)節(jié)裝置;所述電鏡極靴所發(fā)射的電子束的軸線方向與所述樣品臺(tái)臺(tái)面的夾角為30°，所述電子束的尖端照射到所述壓頭的尖端。
[0010]優(yōu)選地，所述X軸調(diào)節(jié)裝置能使所述樣品臺(tái)沿所述調(diào)節(jié)臺(tái)長(zhǎng)度方向移動(dòng)，所述X軸調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于所述調(diào)節(jié)臺(tái)上表面的X軸向平移臺(tái)，設(shè)于所述X軸向平移臺(tái)上的X軸承載座，所述X軸承載座穿設(shè)有X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述X軸承載座固定連接有一與所述X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)平行的X軸驅(qū)動(dòng)桿，所述X軸驅(qū)動(dòng)桿的端部設(shè)有X軸被動(dòng)齒輪，所述X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上設(shè)有與所述X軸被動(dòng)齒輪相嚙合的X軸主動(dòng)齒輪所述X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與所述控制單元相連接。
[0011]優(yōu)選地，所述Y軸調(diào)節(jié)裝置能使所述樣品臺(tái)沿垂直于所述調(diào)節(jié)臺(tái)長(zhǎng)度方向且垂直于所述底座上表面的方向移動(dòng)，所述Y軸調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于所述樣品臺(tái)與所述調(diào)節(jié)臺(tái)之間的Y軸向平移臺(tái)，設(shè)于所述Y軸向平移臺(tái)上的Y軸承載座，所述Y軸承載座穿射有Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述Y軸承載座固定連接有一與所述Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)平行的Y軸驅(qū)動(dòng)桿，所述Y軸驅(qū)動(dòng)桿的端部設(shè)有Y軸被動(dòng)齒輪，所述Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上設(shè)有與所述Y軸被動(dòng)齒輪相嚙合的Y軸主動(dòng)齒輪，所述Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與所述控制單元相連接。
[0012]優(yōu)選地，所述Z軸調(diào)節(jié)裝置能使樣品臺(tái)沿垂直于所述調(diào)節(jié)臺(tái)的長(zhǎng)度方向且平行于所述底面上表面的方向移動(dòng)，所述Z軸調(diào)節(jié)裝置包括第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第一 Z軸主動(dòng)齒輪、第一 Z軸被動(dòng)齒輪、第一 Z軸驅(qū)動(dòng)桿和第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第二 Z軸主動(dòng)齒輪、第二 Z軸被動(dòng)齒輪、第二 Z軸驅(qū)動(dòng)桿以及第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第三Z軸主動(dòng)齒輪、第三Z軸被動(dòng)齒輪、第三Z軸驅(qū)動(dòng)桿，所述第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和所述第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)垂直設(shè)于所述樣品臺(tái)一側(cè)的調(diào)節(jié)臺(tái)上，所述第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)垂直設(shè)于所述樣品臺(tái)另一側(cè)的調(diào)節(jié)臺(tái)上，所述第一 Z軸驅(qū)動(dòng)桿上的第一 Z軸被動(dòng)齒輪與所述第一 Z軸主動(dòng)齒輪相嚙合，所述第二 Z軸驅(qū)動(dòng)桿上的第二 Z軸被動(dòng)齒輪與所述第二 Z軸主動(dòng)齒輪相嚙合，所述第三Z軸驅(qū)動(dòng)桿上的第三Z軸被動(dòng)齒輪與所述第三Z軸主動(dòng)齒輪相嚙合;所述Z軸調(diào)節(jié)裝置能使所述調(diào)節(jié)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，所述第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)分別與所述控制單元相連接。
[0013]優(yōu)選地，所述壓頭加熱體呈圓柱形，所述力傳感器呈圓柱帽形，所述壓頭加熱體套設(shè)在所述壓頭隔熱層中并與所述壓頭隔熱層貼合，所述力傳感器的上表面與所述壓頭隔熱層貼合，所述力傳感器的側(cè)面與所述壓頭座貼合。
[0014]根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果:該套原位高溫壓痕裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、有效地結(jié)合溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，在掃描電子顯微鏡成像系統(tǒng)下可對(duì)材料的微觀變形、損傷與斷裂過(guò)程進(jìn)行原位觀測(cè)，為揭示材料在不同溫度場(chǎng)下的力學(xué)特性和損傷機(jī)制提供了嶄新的測(cè)試方法。
【附圖說(shuō)明】
[0015]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為高溫壓痕測(cè)試單元在掃描電子顯微鏡樣品室安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為所述高溫壓痕測(cè)試單元的一種視角的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為所述高溫壓痕測(cè)試單元的另一種視角的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為所述高溫壓痕測(cè)試單元的局部剖視圖；
[0020]圖5為所述高溫壓痕測(cè)試單元的局部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]本發(fā)明的目的是提供一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，原位觀測(cè)材料在不同環(huán)境溫度下在壓頭壓入測(cè)試材料過(guò)程中其微觀組織的演變規(guī)律以其與力學(xué)性能參數(shù)的本構(gòu)關(guān)系。。
[0023]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0024]本發(fā)明提供一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，包括掃描電子顯微鏡38、高溫壓痕測(cè)試單元39、控制單元40以及計(jì)算機(jī)，高溫壓痕測(cè)試單元39設(shè)于掃描電子顯微鏡38的樣品腔室41內(nèi)部，控制單元40分別與掃描電子顯微鏡38、高溫壓痕測(cè)試單元39相連接，計(jì)算機(jī)與控制單元40相連接;高溫壓痕測(cè)試單元39包括底座1、調(diào)節(jié)臺(tái)2和高溫壓痕機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)臺(tái)2上設(shè)置有樣品臺(tái)32，調(diào)節(jié)臺(tái)2設(shè)置于底座I上表面一側(cè)，高溫壓痕機(jī)構(gòu)設(shè)置于底座I上表面另一側(cè);高溫壓痕機(jī)構(gòu)包括壓頭37、壓頭加熱體36、力傳感器34、壓頭座33、壓頭隔熱層35、樣品加熱體31以及樣品隔熱層30;壓頭座33設(shè)于底座I上，壓頭37設(shè)置于壓頭加熱體36之中，壓頭37的尖端從壓頭加熱體36伸出，壓頭隔熱層35和壓頭加熱體36都設(shè)置于壓頭座33上，壓頭隔熱層35位于壓頭加熱體36與力傳感器34之間，力傳感器34設(shè)置于壓頭座33之間，壓頭加熱體36與樣品加熱體31相對(duì)設(shè)置，壓頭37的尖端指向樣品加熱體31，力傳感器35、壓頭加熱體36、樣品加熱體31都與控制單元40相連接，壓頭37位于掃描電子顯微鏡38的電鏡極靴42的下方。
[0025]樣品腔室41設(shè)有艙門44，艙門44上設(shè)有功能擴(kuò)展接口 45、通訊接口 46、地線接口以及光纖接口 47通過(guò)連接線與控制單元40相連接。
[0026]調(diào)節(jié)臺(tái)2與樣品臺(tái)32之間依次設(shè)有X軸壓電陶瓷27、Y軸壓電陶瓷28和Z軸壓電陶瓷29，Χ軸壓電陶瓷27用于樣品臺(tái)32沿X軸向的位移微調(diào)，Y軸壓電陶瓷28用于樣品臺(tái)32沿Y軸向的位移微調(diào)，Z軸壓電陶瓷29用于樣品臺(tái)32沿Z軸向的位移微調(diào)，X軸壓電陶瓷27、Υ軸壓電陶瓷28和Z軸壓電陶瓷29分別與控制單元40相連接。
[0027]樣品臺(tái)32設(shè)置在樣品加熱體31上，樣品加熱體31安裝在Z軸壓電陶瓷29上，樣品隔熱層30設(shè)置在樣品加熱體31與Z軸壓電陶瓷29之間。
[0028]調(diào)節(jié)臺(tái)2包括X軸調(diào)節(jié)裝置、Y軸調(diào)節(jié)裝置、Z軸調(diào)節(jié)裝置;電鏡極靴42所發(fā)射的電子束43的軸線方向與樣品臺(tái)32臺(tái)面的夾角為30°，電子束43的尖端照射到壓頭37的尖端。
[0029]X軸調(diào)節(jié)裝置能使樣品臺(tái)32沿調(diào)節(jié)臺(tái)2長(zhǎng)度方向移動(dòng)，X軸調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于調(diào)節(jié)臺(tái)2上表面的X軸向平移臺(tái)3，設(shè)于X軸向平移臺(tái)3上的X軸承載座4，X軸承載座4穿設(shè)有X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5，X軸承載座4固定連接有一與X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5平行的X軸驅(qū)動(dòng)桿8，X軸驅(qū)動(dòng)桿8的端部設(shè)有X軸被動(dòng)齒輪7，X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5上設(shè)有與X軸被動(dòng)齒輪7相嚙合的X軸主動(dòng)齒輪6，X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5與控制單元40相連接。
[0030]Y軸調(diào)節(jié)裝置能使樣品臺(tái)32沿垂直于調(diào)節(jié)臺(tái)2長(zhǎng)度方向且垂直于底座I上表面的方向移動(dòng)，Y軸調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于樣品臺(tái)32與調(diào)節(jié)臺(tái)2之間的Y軸向平移臺(tái)9，設(shè)于Y軸向平移臺(tái)9上的Y軸承載座10，Y軸承載座10穿射有Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11，Y軸承載座10固定連接有一與Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11平行的Y軸驅(qū)動(dòng)桿14，Υ軸驅(qū)動(dòng)桿14的端部設(shè)有Y軸被動(dòng)齒輪13，Υ軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11上設(shè)有與Y軸被動(dòng)齒輪13相嚙合的Y軸主動(dòng)齒輪12，Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11與控制單元40相連接。
[0031]Z軸調(diào)節(jié)裝置能使樣品臺(tái)32沿垂直于調(diào)節(jié)臺(tái)2的長(zhǎng)度方向且平行于底面上表面的方向移動(dòng)，Z軸調(diào)節(jié)裝置包括第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)15、第一 Z軸主動(dòng)齒輪16、第一 Z軸被動(dòng)齒輪17、第一 Z軸驅(qū)動(dòng)桿18和第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)19、第二 Z軸主動(dòng)齒輪20、第二 Z軸被動(dòng)齒輪21、第二 Z軸驅(qū)動(dòng)桿22以及第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)23、第三Z軸主動(dòng)齒輪24、第三Z軸被動(dòng)齒輪25、第三Z軸驅(qū)動(dòng)桿26，第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)15和第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)19垂直設(shè)于樣品臺(tái)32—側(cè)的調(diào)節(jié)臺(tái)2上，第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)23垂直設(shè)于樣品臺(tái)32另一側(cè)的調(diào)節(jié)臺(tái)2上，第一 Z軸驅(qū)動(dòng)桿18上的第一Z軸被動(dòng)齒輪17與第一 Z軸主動(dòng)齒輪16相嚙合，第二 Z軸驅(qū)動(dòng)桿22上的第二 Z軸被動(dòng)齒輪21與第二 Z軸主動(dòng)齒輪20相嚙合，第三Z軸驅(qū)動(dòng)桿26上的第三Z軸被動(dòng)齒輪25與第三Z軸主動(dòng)齒輪24相嚙合;Z軸調(diào)節(jié)裝置能使調(diào)節(jié)臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)15、第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)19和第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)23分別與控制單元40相連接。
[0032]壓頭加熱體36呈圓柱形，力傳感器35呈圓柱帽形，壓頭加熱體36套設(shè)在力傳感器35中并與力傳感器貼合，力傳感器的上表面與壓頭隔熱層34貼合，力傳感器的側(cè)面與壓頭座33貼合。
[0033]進(jìn)行高溫壓痕測(cè)試時(shí)，首先將樣品平放置于樣品臺(tái)，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)開(kāi)啟X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5、Υ軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11、第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)15、第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)19和/或第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)實(shí)現(xiàn)樣品臺(tái)32在Χ、Υ、Ζ方向的粗調(diào)，粗調(diào)使樣品大致位于壓頭37附近;然后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制X軸壓電陶瓷27、Υ軸壓電陶瓷28和/或Z軸壓電陶瓷29實(shí)現(xiàn)樣品臺(tái)在Χ、Υ、Ζ方向的微調(diào)，經(jīng)過(guò)微調(diào)使樣品準(zhǔn)確的位于壓頭37正下方，方便進(jìn)行高溫壓痕測(cè)試。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)開(kāi)啟壓頭加熱體36和樣品加熱體31，同時(shí)對(duì)壓頭37和樣品進(jìn)行加熱，待加熱到指定溫度后，通過(guò)計(jì)算機(jī)開(kāi)啟Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11使樣品向壓頭的方向運(yùn)動(dòng)，也就是使壓頭37按壓樣品，計(jì)算機(jī)通過(guò)控制單元收集到的力傳感器35、Χ軸壓電陶瓷27、Υ軸壓電陶瓷28和Z軸壓電陶瓷29的信號(hào)計(jì)算并得到樣品的應(yīng)力應(yīng)變曲線，同時(shí)還可以用掃描電子顯微鏡動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)材料在不同環(huán)境溫度下在壓痕過(guò)程中其微觀組織結(jié)構(gòu)變化以及裂紋的萌生、擴(kuò)展等微觀力學(xué)行為。
[0034]本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。
[0035]本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:包括掃描電子顯微鏡、高溫壓痕測(cè)試單元、控制單元以及計(jì)算機(jī)，所述高溫壓痕測(cè)試單元設(shè)于所述掃描電子顯微鏡的樣品腔室內(nèi)部，所述控制單元分別與所述掃描電子顯微鏡、所述高溫壓痕測(cè)試單元相連接，所述計(jì)算機(jī)與所述控制單元相連接;所述高溫壓痕測(cè)試單元包括底座、調(diào)節(jié)臺(tái)和高溫壓痕機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)臺(tái)上設(shè)置有所述樣品臺(tái)，所述調(diào)節(jié)臺(tái)設(shè)置于所述底座上表面一側(cè)，所述高溫壓痕機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述底座上表面另一側(cè);所述高溫壓痕機(jī)構(gòu)包括壓頭、壓頭加熱體、壓頭隔熱層、壓頭座、力傳感器、樣品加熱體以及樣品隔熱層;所述壓頭座設(shè)于所述底座上，所述壓頭設(shè)置于所述壓頭加熱體之中，所述壓頭的尖端從所述壓頭加熱體伸出，所述壓頭隔熱層和壓頭加熱體都設(shè)置于所述壓頭座上，所述壓頭隔熱層位于所述壓頭加熱體與所述壓頭座之間，所述力傳感器設(shè)置于所述壓頭座與所述壓頭隔熱層之間，所述壓頭加熱體與所述樣品加熱體相對(duì)設(shè)置，所述壓頭的尖端指向所述樣品加熱體，所述力傳感器、壓頭加熱體、樣品加熱體都與所述控制單元相連接，所述壓頭的尖端位于所述掃描電子顯微鏡的電鏡極靴的正下方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述樣品腔室設(shè)有艙門，所述艙門上設(shè)有功能擴(kuò)展接口、通訊接口、地線接口以及光纖接口通過(guò)連接線與所述控制單元相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)節(jié)臺(tái)與樣品臺(tái)之間依次設(shè)有X軸壓電陶瓷、Y軸壓電陶瓷和Z軸壓電陶瓷，所述X軸壓電陶瓷用于所述樣品臺(tái)沿X軸向的位移微調(diào)，所述Y軸壓電陶瓷用于所述樣品臺(tái)沿Y軸向的位移微調(diào)，所述Z軸壓電陶瓷用于所述樣品臺(tái)沿Z軸向的位移微調(diào)，所述X軸壓電陶瓷、Y軸壓電陶瓷和Z軸壓電陶瓷分別與所述控制單元相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述樣品臺(tái)設(shè)置在所述樣品加熱體上，所述樣品加熱體安裝在所述Z軸壓電陶瓷上，所述樣品隔熱層設(shè)置在所述樣品加熱體與所述Z軸壓電陶瓷之間。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)節(jié)臺(tái)包括X軸調(diào)節(jié)裝置、Y軸調(diào)節(jié)裝置、Z軸調(diào)節(jié)裝置;所述電鏡極靴所發(fā)射的電子束的軸線方向與所述樣品臺(tái)臺(tái)面的夾角為30°，所述電子束的尖端照射到所述壓頭的尖端。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述X軸調(diào)節(jié)裝置能使所述樣品臺(tái)沿所述調(diào)節(jié)臺(tái)長(zhǎng)度方向移動(dòng)，所述X軸調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于所述調(diào)節(jié)臺(tái)上表面的X軸向平移臺(tái)，設(shè)于所述X軸向平移臺(tái)上的X軸承載座，所述X軸承載座穿設(shè)有X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述X軸承載座固定連接有一與所述X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)平行的X軸驅(qū)動(dòng)桿，所述X軸驅(qū)動(dòng)桿的端部設(shè)有X軸被動(dòng)齒輪，所述X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上設(shè)有與所述X軸被動(dòng)齒輪相嚙合的X軸主動(dòng)齒輪所述X軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與所述控制單元相連接。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述Y軸調(diào)節(jié)裝置能使所述樣品臺(tái)沿垂直于所述調(diào)節(jié)臺(tái)長(zhǎng)度方向且垂直于所述底座上表面的方向移動(dòng)，所述Y軸調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于所述樣品臺(tái)與所述調(diào)節(jié)臺(tái)之間的Y軸向平移臺(tái)，設(shè)于所述Y軸向平移臺(tái)上的Y軸承載座，所述Y軸承載座穿射有Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述Y軸承載座固定連接有一與所述Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)平行的Y軸驅(qū)動(dòng)桿，所述Y軸驅(qū)動(dòng)桿的端部設(shè)有Y軸被動(dòng)齒輪，所述Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上設(shè)有與所述Y軸被動(dòng)齒輪相嚙合的Y軸主動(dòng)齒輪，所述Y軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與所述控制單元相連接。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述Z軸調(diào)節(jié)裝置能使樣品臺(tái)沿垂直于所述調(diào)節(jié)臺(tái)的長(zhǎng)度方向且平行于所述底面上表面的方向移動(dòng)，所述Z軸調(diào)節(jié)裝置包括第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第一 Z軸主動(dòng)齒輪、第一 Z軸被動(dòng)齒輪、第一 Z軸驅(qū)動(dòng)桿和第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第二 Z軸主動(dòng)齒輪、第二 Z軸被動(dòng)齒輪、第二 Z軸驅(qū)動(dòng)桿以及第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第三Z軸主動(dòng)齒輪、第三Z軸被動(dòng)齒輪、第三Z軸驅(qū)動(dòng)桿，所述第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和所述第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)垂直設(shè)于所述樣品臺(tái)一側(cè)的調(diào)節(jié)臺(tái)上，所述第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)垂直設(shè)于所述樣品臺(tái)另一側(cè)的調(diào)節(jié)臺(tái)上，所述第一 Z軸驅(qū)動(dòng)桿上的第一 Z軸被動(dòng)齒輪與所述第一 Z軸主動(dòng)齒輪相嚙合，所述第二 Z軸驅(qū)動(dòng)桿上的第二 Z軸被動(dòng)齒輪與所述第二 Z軸主動(dòng)齒輪相嚙合，所述第三Z軸驅(qū)動(dòng)桿上的第三Z軸被動(dòng)齒輪與所述第三Z軸主動(dòng)齒輪相嚙合；所述Z軸調(diào)節(jié)裝置能使調(diào)節(jié)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，所述第一 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、第二 Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和第三Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)分別與所述控制單元相連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電子顯微鏡的原位高溫壓痕測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述壓頭加熱體呈圓柱形，所述力傳感器呈圓柱帽形，所述壓頭加熱體套設(shè)在所述壓頭隔熱層中并與所述壓頭隔熱層貼合，所述力傳感器的上表面與所述壓頭隔熱層貼合，所述力傳感器的側(cè)面與所述壓頭座貼合。
【文檔編號(hào)】G01N3/54GK105928812SQ201610522131
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】張躍飛, 王晉, 趙波慧
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)