一種玻璃微通道彎曲力學(xué)性能的測量裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種玻璃微通道彎曲力學(xué)性能的測量裝置及測試方法，屬于測量脆性 材料微管件或棒件的彎曲力學(xué)性能領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 微流體系統(tǒng)中，微通道承擔(dān)著介質(zhì)傳輸和單元連接的作用，是微流體系統(tǒng)的關(guān)鍵 元器件。微通道的力學(xué)性能是微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，影響微通道的使用性能及壽命。
[0003] 針對微通道等脆性材料微構(gòu)件的力學(xué)性能研究，主要采用微彎曲法，可以得到微 構(gòu)件的彈性模量、彎曲強(qiáng)度等參數(shù)。目前，采用微彎曲法測量微構(gòu)件力學(xué)性能的裝置按結(jié)構(gòu) 組成可分為三類:第一類是采用原子力顯微鏡進(jìn)行彎曲試驗(Takahiro Namazu，Yoshitada Isono,Takeshi Tanaka.Plastic Deformation of Nanometric Single Crystal Silicon Wire in AFM Bending Test at Intermediate Temperatures[J]·Journal of micro electromechanical systems，2002，ll(2): 125-134)，試驗平臺價格昂貴，且對試驗操作人 的要求很高；第二類是改裝納米壓入儀進(jìn)行彎曲試驗（H . D . Espinosa，B . C . Prorok， M.Fischer.A methodology for determining mechanical properties of freestanding thin films and MEMS materials[J]·Journal of the Mechanics and Physics of Sol ids . 2003 (51): 47-67)，測量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作要求高，價格昂貴;第三類是采用其他 加載或測量原理進(jìn)行彎曲試驗（陸德仁，朱文玉，榮剛.微機(jī)械系統(tǒng)材料的應(yīng)變測量裝置 [P]:中國，93225564.7，1994.01.26)，試驗裝置組成復(fù)雜，試驗操作要求高。
[0004] 現(xiàn)有測量裝置結(jié)構(gòu)組成大部分都采用壓電陶瓷驅(qū)動，利用原子力顯微鏡或激光干 涉技術(shù)輔助觀察測量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備昂貴，且操作要求高，不能普遍使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種玻璃微通道彎曲力 學(xué)性能的測量裝置及測試方法，可測量直徑在微米級別的玻璃微通道的彎曲性能。
[0006] 技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明玻璃微通道彎曲力學(xué)性能的測量裝置，包括底 座和夾具，所述夾具包含左夾具塊和右夾具塊，左夾具塊和右夾具塊上均設(shè)有V型槽，左夾 具塊和右夾具塊通過夾具螺桿安裝在夾具機(jī)架上，夾具機(jī)架位于底座的前端，所述底座的 后端安裝有豎板，豎板的頂端安裝有絲杠支撐座，絲杠支撐座上安裝有絲杠，絲杠通過螺紋 與絲杠螺母連接，絲杠螺母與運動臺連接，絲杠的底端通過聯(lián)軸器與位于底座內(nèi)的驅(qū)動裝 置連接，運動臺的兩側(cè)安裝有滑塊，豎板上設(shè)有與滑塊配合的滑軌，所述運動臺與傳感器一 端固定連接，傳感器的另一端與壓頭連接，傳感器與數(shù)據(jù)采集單元連接，數(shù)據(jù)采集單元與計 算機(jī)連接;玻璃微通道試樣通過左夾具塊和右夾具塊夾緊，壓頭通過絲杠帶動上下移動。
[0007] 作為優(yōu)選，所述壓頭為楔形狀，楔形夾角為10°~120°，楔形夾角的頂部為過渡圓 角，過渡圓角的半徑為0.01~1mm;所述壓頭擠壓被測玻璃微通道試樣，并將擠壓力傳遞給 傳感器，要求壓頭擠壓部位為楔形，尖端采用圓弧過渡，以便適用于小尺寸跨距、小尺寸試 樣的彎曲試驗，楔形夾角Φ為10°~120°，楔形夾角過渡圓角半徑R為0.01~1mm。
[0008] 作為優(yōu)選，所述夾具由對稱布置的差動螺旋機(jī)構(gòu)組成，包括左右夾具機(jī)架、左右螺 桿和左右夾具塊等零件，夾具塊上表面中間垂直于左右夾具塊中心線方向加工有V型槽，用 于玻璃微通道試樣固定和支撐，要求左右夾具塊兩件配做，以確保夾具塊V型槽共線及螺紋 孔中心線重合。
[0009] 作為優(yōu)選，所述驅(qū)動裝置與調(diào)速器連接，可實時調(diào)節(jié)加載速度，所述底座上設(shè)有導(dǎo) 軌，左夾具塊和右夾具塊沿導(dǎo)軌運動，并通過手動調(diào)節(jié)實現(xiàn)跨距設(shè)定，所述數(shù)據(jù)采集單元接 口連接PC機(jī)，由PC機(jī)實時顯示數(shù)據(jù)采集曲線。
[0010] 作為優(yōu)選，所述夾具螺桿與夾具機(jī)架、左夾具塊和右夾具塊均為螺紋連接。通過導(dǎo) 軌作用和差動螺紋的調(diào)節(jié)作用，使得左夾具塊和右夾具塊上的V型槽在同一直線上，精度 尚。
[0011] -種上述的玻璃微通道彎曲力學(xué)性能的測量裝置的測量方法，包括以下步驟：
[0012] a)打開PC機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件，調(diào)試采集極限值，調(diào)節(jié)左右夾具塊的位置及彎曲試驗 跨距，確定V型槽的中心與壓頭對中，將玻璃微通道試樣放置在左夾具塊和右夾具塊的V型 槽內(nèi)固定；
[0013] b)確定加載參數(shù)，啟動驅(qū)動裝置，開始采集數(shù)據(jù)，玻璃微通道試樣彎曲斷裂時結(jié)束 數(shù)據(jù)采集，關(guān)閉驅(qū)動裝置；
[0014] c)從數(shù)據(jù)采集曲線中讀取玻璃微通道試樣彎曲時間及斷裂極限力值，計算得到玻 璃微通道試樣的彎曲強(qiáng)度；
[0015] d)通過對不同尺寸的玻璃微通道試樣重復(fù)a、b兩個步驟，測量不同尺寸的玻璃微 通道試樣的彎曲強(qiáng)度和彈性模量。
[0016] 有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點：
[0017] (1)本發(fā)明將三點彎曲原理運用于玻璃非晶體材料彎曲性能測量，選用微小壓頭 和高精度傳感器，把左右夾具塊的跨距調(diào)小后，可測量微米量級玻璃微通道試樣、桿件、板 件等微小構(gòu)件的彎曲性能，不同于傳統(tǒng)宏觀的三點彎曲測量裝置和現(xiàn)有微構(gòu)件彎曲性能測 量裝置，具有良好的擴(kuò)展性和可靠性。
[0018] (2)本發(fā)明所述玻璃微通道試樣彎曲力學(xué)性能測量裝置采用差動螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)整跨 距，結(jié)構(gòu)組成簡單易操作，傳動精度高，對工作環(huán)境無特殊要求，成本低廉。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明正視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明彎曲試驗時玻璃微通道試樣固定俯視示意圖；
[0022]圖4是玻璃微通道試樣彎曲力學(xué)性能測量原理圖；
[0023]圖5是玻璃微通道試樣彎曲力學(xué)性能測量流程圖；
[0024]圖6為壓頭的主視圖；
[0025]圖7為壓頭的左視圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0027] 如圖1和圖2所示，一種玻璃微通道彎曲力學(xué)性能的測量裝置，包括驅(qū)動裝置、滑軌 7、運動臺8、絲杠10、傳感器15、壓頭16、夾具機(jī)構(gòu)和底座組成。所述底座包含底板、側(cè)板2和 蓋板3。驅(qū)動裝置為電機(jī)