本發(fā)明涉及一種基于掃描電鏡的原位加載裝置，適用于在掃描電鏡下進行觀測的專用加載設(shè)備，屬于構(gòu)件變形測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

材料的宏觀破壞往往是由微觀失效累積引起的，比如金屬多晶材料，其破壞往往是從晶界斷裂開始的，加之對于宏觀材料的宏觀力學(xué)性能研究已經(jīng)比較成熟，目前相關(guān)學(xué)者們將研究視野逐漸轉(zhuǎn)向了材料的微尺度力學(xué)性能研究，這必然要涉及到到微觀變形測量的問題。實現(xiàn)微觀變形測量的關(guān)鍵在于提高測量的空間分辨率和位移靈敏度。近年來高分辨率顯微技術(shù)特別是掃描電鏡的發(fā)展，為微納米實驗力學(xué)測量技術(shù)提供了前所未有的發(fā)展機遇，其空間分辨率高達納米量級。利用掃描電鏡進行力學(xué)性能表征，需要發(fā)展相應(yīng)的加載設(shè)備。目前，尚未有自主研發(fā)的掃描電鏡配套加載裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于掃描電鏡的原位加載裝置，其可以實現(xiàn)在掃描電鏡下對金屬或非金屬材料的典型試件進行單軸應(yīng)力的靜動態(tài)加載性能測試，以及實現(xiàn)動態(tài)加載、低頻疲勞加載或高頻疲勞加載，可以根據(jù)不同的研究目的選擇不同的加載方式。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于掃描電鏡的原位加載裝置，其特征在于，包括固定板、控制箱、計算機、帶傳輸線的密封法蘭盤和試件，其連接關(guān)系為：以及固定在固定板上的電機、光柵位移計、傳動裝置、含滑塊導(dǎo)軌、軸承座、帶螺母的雙向滾珠絲杠、第一轉(zhuǎn)接塊、第二轉(zhuǎn)接塊、聯(lián)軸器、力傳感器、第一夾持裝置和第二夾持裝置；

其連接關(guān)系為：

所述的電機與傳動裝置通過鍵槽連接，所述的傳動裝置與帶螺母的雙向滾珠絲杠通過聯(lián)軸器連接；所述的帶螺母的雙向滾珠絲杠通過螺母分別與含滑塊導(dǎo)軌的滑塊、光柵位移計、第一轉(zhuǎn)接塊和第二轉(zhuǎn)接塊相連，且第二轉(zhuǎn)接塊與第一夾持裝置連接，第一轉(zhuǎn)接塊與第二夾持裝置通過力傳感器連接；所述的光柵位移計與第一轉(zhuǎn)接塊連接；所述的電機、位移計、力傳感器的控制線通過帶傳輸線的密封法蘭盤接入到控制箱內(nèi)，控制箱的控制線與所述的計算機相連接；通過計算機實現(xiàn)信號的采集與控制；所述試件的兩端分別固定在第一夾持裝置和第二夾持裝置上，通過整體機構(gòu)對試件進行加載。

進一步的，所述原位加載裝置還包括可拆卸的組合壓電陶瓷；且第二轉(zhuǎn)接塊與第一夾持裝置通過所述的組合壓電陶瓷連接，組合壓電陶瓷的輸出線通過帶傳輸線的密封法蘭盤引出到控制箱。

進一步的，所述的組合壓電陶瓷由壓電陶瓷組、第一壓電陶瓷固定裝置和第二壓電陶瓷固定裝置組成；且所述的壓電陶瓷組由多塊壓電陶瓷塊并列組成，所述多塊壓電陶瓷塊內(nèi)嵌入第一壓電陶瓷固定裝置和第二壓電陶瓷固定裝置中；

且第一壓電陶瓷固定裝置與第二轉(zhuǎn)接塊連接，第二壓電陶瓷固定裝置與第一夾持裝置連接。

進一步的，所述的帶螺母的雙向滾珠絲杠采用雙向旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠，保證觀測位置始終位于視場中心位置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性成果：

(1)適用于掃描電鏡平臺下靜動態(tài)加載實驗，適用于多種不同大小變形的材料試件，簡單易操作；

(2)能夠?qū)崿F(xiàn)不同的加載方式(單向拉伸、壓縮和三點彎)；

(3)采用組合壓電陶瓷和電機相結(jié)合的技術(shù)，可實現(xiàn)大位移、大載荷和高頻的疲勞加載；

(4)采用雙向滾珠絲杠的方式運行，實現(xiàn)觀察點一直處于視場的中心，便于和數(shù)字圖像相關(guān)、掃描云紋法等非光學(xué)接觸測量方法相結(jié)合以提高測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的原理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的組合壓電陶瓷結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：1-固定板，2-電機，3-光柵位移計，4-傳動裝置，5-含滑塊導(dǎo)軌，6-軸承座，7-雙向滾珠絲桿，8-第一連接塊，9-第二連接塊，10-聯(lián)軸器，11-帶傳輸線的密封法蘭盤，12-控制箱，13-計算機，14-力傳感器，15-組合壓電陶瓷，16-第一夾持裝置，17-第二夾持裝置，18-試件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及實施方式：

如圖1所示，本發(fā)明所述一種基于掃描電鏡的原位加載裝置，其包括固定板1、電機2、光柵位移計3、傳動裝置4、含滑塊導(dǎo)軌5、軸承座6、帶螺母的雙向滾珠絲杠7、第一轉(zhuǎn)接塊8、第二轉(zhuǎn)接塊9、聯(lián)軸器10、控制箱11、計算機12、帶傳輸線的密封法蘭盤13、力傳感器14、組合壓電陶瓷15、第一夾持裝置16，第二夾持裝置17和試件18，且所有構(gòu)件除控制箱11、計算機12、帶傳輸線的密封法蘭盤13外均置于固定板1上。

所述的電機2與傳動裝置4通過鍵槽連接，所述的傳動裝置4與帶螺母的雙向滾珠絲杠7通過聯(lián)軸器10連接。如圖2所示，所述的組合壓電陶瓷15由壓電陶瓷組15a、第一壓電陶瓷固定裝置15b和第二壓電陶瓷固定裝置15c組成，第一壓電陶瓷固定裝置15b與第二轉(zhuǎn)接塊9連接，第二壓電陶瓷固定裝置15c與第一夾持裝置16連接，其中所述的壓電陶瓷組15a由多塊壓電陶瓷塊并列組成，壓電陶瓷塊內(nèi)嵌入第一壓電陶瓷固定裝置15b和第二壓電陶瓷固定裝置15c中。所述的帶螺母的雙向滾珠絲杠7通過螺母和含滑塊導(dǎo)軌5的滑塊、第一轉(zhuǎn)接塊8、第二轉(zhuǎn)接塊9相連。所述的光柵位移計3與第一轉(zhuǎn)接塊8連接；所述的電機2、位移計3控制線通過帶傳輸線的密封法蘭盤13接入到控制箱11內(nèi)，控制箱11的控制線與所述的計算機12相連接。

所述的帶螺母的雙向滾珠絲杠7采用雙向旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠，使得觀測位置始終位于中心位置，便于掃描電鏡下試件的觀測；所述的組合壓電陶瓷15和電機2共同作用，可實現(xiàn)大小位移疲勞加載；組合壓電陶瓷15可以取下，由電機2單獨工作。

原理為：聯(lián)軸器10將電機2的輸出軸與帶螺母的雙向滾珠絲杠7的輸入軸連接，通過帶螺母的雙向滾珠絲杠7實現(xiàn)運動的傳遞或轉(zhuǎn)向；帶螺母的雙向滾珠絲杠7的螺母與含滑塊導(dǎo)軌5的滑塊連接，可以使得轉(zhuǎn)動變直線運動；光柵位移計3與雙向滾珠絲杠7的螺母連接，用來測量試件前進的位移；所述的光柵位移計3與第一轉(zhuǎn)接塊8連接，可以記錄轉(zhuǎn)接塊的位移信息；力傳感器14將第一轉(zhuǎn)接塊8和第二夾持裝置17連接在一起，用于記載加載過程中的載荷大小；試件18固定在第一夾持裝置16和第二夾持裝置17上，通過整體機構(gòu)對試件進行加載；組合壓電陶瓷15、力傳感器14、光柵位移計3、電機2的輸出線通過帶傳輸線的密封法蘭盤13引出到控制箱11，通過計算機12實現(xiàn)信號的采集與控制；組合壓電陶瓷15將第二轉(zhuǎn)接塊9和第一夾持裝置16連接，所述的組合壓電陶瓷15和電機2共同作用，可實現(xiàn)高頻疲勞加載；也可將組合壓電陶瓷15取下，將第二轉(zhuǎn)接塊9和第一夾持裝置16直接連接，由電機2單獨工作，此時可實現(xiàn)靜態(tài)加載或低頻疲勞加載；壓電陶瓷塊內(nèi)嵌入第一壓電陶瓷固定裝置和第二壓電陶瓷固定裝置中，通過組合壓電陶瓷實現(xiàn)大載荷下的加載。

以上所述并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。