一種在線檢測材料微納結(jié)構(gòu)演化的sr-ct微力加載裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種能對材料實現(xiàn)微力加載的裝置，尤其涉及一種在線檢測材料微納結(jié)構(gòu)演化的SR-CT微力加載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在材料力學(xué)中，傳統(tǒng)的檢測及研宄方法僅僅是做材料的宏觀力學(xué)性能測試。雖然這樣的方法能夠得到材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，但是對于力學(xué)機理并不能給出很好的解釋。材料的破壞過程從本質(zhì)上講，是從微觀到宏觀的跨尺度行為。發(fā)展多尺度材料力學(xué)分析方法，需要實時觀測材料微觀特征演化規(guī)律及其宏觀力學(xué)響應(yīng)關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料力學(xué)的研宄范疇也從宏觀逐漸發(fā)展到細觀乃至微觀。但是目前細觀材料力學(xué)的研宄以理論研宄為主，而實驗性的研宄方法和技術(shù)還比較少見。因此發(fā)展一種能夠在細微條件下研宄材料力學(xué)行為的方法及技術(shù)十分必要。
[0003]在觀測技術(shù)上，同步輻射CT技術(shù)是一種新型的檢測技術(shù)。它克服了電鏡技術(shù)只能給出材料的表面信息的缺點，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維、無損、實時的觀測。因此設(shè)計一套SR-CT微力加載實驗平臺，能夠直接觀測宏觀力學(xué)參量和材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)演化相互影響過程。這可以使材料失效機制的研宄能夠更加深入，進而為揭示材料深層次力學(xué)行為機理奠定基礎(chǔ)，是微/納尺度力學(xué)領(lǐng)域中的實驗分析平臺。目前還沒有一套這樣的檢測裝置，主要存在著以下的技術(shù)難點:
[0004]I)裝置結(jié)構(gòu)及其尺寸與同步輻射實驗環(huán)境的匹配；2)如何保證裝置既有足夠的力加載極限來拉斷樣品，又有高精度力加載步長和高精度測量系統(tǒng)；3)如何實現(xiàn)微小樣品放置、夾持及精確對中；4)如何設(shè)計支撐桿，在滿足剛度足夠支撐該裝置的前提下盡可能的減少擋光的角度。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、精度高的在線檢測材料微納結(jié)構(gòu)演化的SR-CT微力加載裝置。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型的在線檢測材料微納結(jié)構(gòu)演化的SR-CT微力加載裝置，包括X光源及光路、圖像采集及重建系統(tǒng)，所述X光源的光路上設(shè)有位移驅(qū)動系統(tǒng)；
[0008]所述位移驅(qū)動系統(tǒng)包括設(shè)于最上部的微米位移平臺，所述微米位移平臺的下部設(shè)有導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌通過支撐桿支撐在底座上，所述底座固定在位移及旋轉(zhuǎn)平臺上；
[0009]所述導(dǎo)軌上在所述微米位移平臺的下部設(shè)有壓電陶瓷驅(qū)動器，所述壓電陶瓷驅(qū)動器的下部設(shè)有上載物臺，所述底座上設(shè)有微力傳感器，所述微力傳感器上設(shè)有下載物臺，所述上載物臺和下載物臺上分別裝有上載物片和下載物片，所述上載物片和下載物片通過載物片夾具固定安裝，所述上載物片與下載物片之間設(shè)有樣品。
[0010]由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例提供的在線檢測材料微納結(jié)構(gòu)演化的SR-CT微力加載裝置，能對材料實現(xiàn)微力加載，并實時原位觀測材料宏觀力學(xué)參量和微、納尺度下的特征結(jié)構(gòu)演化SR-CT ( “同步輻射CT”簡稱“SR-CT”)微力加載，可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)材料、航空材料、納米材料等先進多相復(fù)合材料拉/壓載荷作用下其微觀特征演化過程的三維、無損、原位在線觀測及其宏觀力學(xué)響應(yīng)分析，是微/納尺度力學(xué)領(lǐng)域中的實驗分析平臺。該裝置能夠在大型同步輻射實驗平臺和工業(yè)y-CT平臺上進行工作。
【附圖說明】
[0011]圖1是基于本實用新型的SR-CT實驗分析系統(tǒng)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型實施例中位移驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3a為本實用新型實施例中支撐桿的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3b為本實用新型實施例中支撐桿的旋轉(zhuǎn)后的狀態(tài)示意圖；
[0015]圖4為本實用新型實施例中樣品被夾持狀態(tài)示意圖。
[0016]圖中:
[0017]1.微米位移平臺，2.壓電陶瓷驅(qū)動器，3.上載物臺，4.下載物臺，5.載物片夾具，6.上載物片，7.下載物片，8.支撐桿，9.微力傳感器，10.底座，11.同步輻射X射線光束，12.位移驅(qū)動系統(tǒng)，13.位移及旋轉(zhuǎn)平臺，14.X-ray (XD，15.處理系統(tǒng)，16.樣品。
【具體實施方式】
[0018]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0019]本實用新型的在線檢測材料微納結(jié)構(gòu)演化的SR-CT微力加載裝置，其較佳的【具體實施方式】是:
[0020]包括X光源及光路、圖像采集及重建系統(tǒng)，所述X光源的光路上設(shè)有位移驅(qū)動系統(tǒng)；
[0021]所述位移驅(qū)動系統(tǒng)包括設(shè)于最上部的微米位移平臺，所述微米位移平臺的下部設(shè)有導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌通過支撐桿支撐在底座上，所述底座固定在位移及旋轉(zhuǎn)平臺上；
[0022]所述導(dǎo)軌上在所述微米位移平臺的下部設(shè)有壓電陶瓷驅(qū)動器，所述壓電陶瓷驅(qū)動器的下部設(shè)有上載物臺，所述底座上設(shè)有微力傳感器，所述微力傳感器上設(shè)有下載物臺，所述上載物臺和下載物臺上分別裝有上載物片和下載物片，所述上載物片和下載物片通過載物片夾具固定安裝，所述上載物片與下載物片之間設(shè)有樣品。
[0023]所述支撐桿的截面采用半圓弧結(jié)構(gòu)。所述微米位移平臺設(shè)有微小步進電機。
[0024]所述圖像采集及重建系統(tǒng)包括X-ray CXD和處理系統(tǒng)。
[0025]具體實施例:
[0026]在線檢測材料微納結(jié)構(gòu)演化的SR-CT微力加載裝置包括六部分:X光源及光路、位移驅(qū)動系統(tǒng)、微力傳感器、樣品夾持系統(tǒng)、支撐桿、圖像采集及重建系統(tǒng)。本實用新型的改進主要在于位移驅(qū)動系統(tǒng)、樣品夾持系統(tǒng)、支撐桿設(shè)計三個方面。
[0027]第一部分:X光源及光路:
[0028]如圖1所示，X射線由X光源產(chǎn)生，并按照固定的光路傳播。
[0029]第二部分:位移驅(qū)動系統(tǒng):
[0030]如圖2所示，位移驅(qū)動系統(tǒng)的主要包括以下部件:微米位移平臺1、壓電陶瓷驅(qū)動器2 ;各部件之間通過機械連接。
[0031]微米位移平臺I是對樣品施加微米位移量級的位移裝置。產(chǎn)生的最大輸出位移約30mm，位移分辨率0.1 μ m，最大驅(qū)動力20N。
[0032]壓電陶瓷驅(qū)動器2位于微米位移平臺的導(dǎo)軌之上，通過綁定于微米位移平臺導(dǎo)軌上對樣品施加納米位移量級的位移。產(chǎn)生的最大輸出位移約60 μ m，位移分辨率lnm，最大驅(qū)動力1000N。
[0033]位移驅(qū)動系統(tǒng)采取了雙驅(qū)動的方式，將微米位移平臺與壓電陶瓷驅(qū)動器結(jié)合起來。微米位移平臺采用微小步進電機驅(qū)動，用于粗調(diào)或者預(yù)緊，壓電陶瓷驅(qū)動器用于精確位移驅(qū)動。
[0034]第三部分:微力傳感器:
[0035]如圖2所示，微力傳感器9是測量樣品所受力載荷的大小的裝置。測力范圍為±20N，精度 0.15% ；
[0036]第四部分:樣品夾持系統(tǒng):
[0037]如圖2所示，樣品夾持系統(tǒng)包括以下部件:載物臺3、4 ;載物片6、7 ;載物片夾具5 ；
[0038]載物片6、7是用于固定樣品端部的裝置。載物片上表面用于固定樣品，下表面通過螺絲安裝在載物臺上。
[0039]載物臺3、4是用于連接載物片和位移驅(qū)動系統(tǒng)