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原文传递用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置

专利名称：	用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置
摘要：	本发明涉及一种用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，属于机电一体化精密科学仪器及材料测试领域。包括锥束CT成像单元、高/低温压痕测试单元、电动旋转平台、隔振台及硅油控温装置，锥束CT成像单元、电动旋转平台与硅油控温装置安装在隔振台上；高/低温压痕测试单元固定在电动旋转平台上；高/低温压痕测试单元包括高/低温加载子模块、精密加载与检测子模块、真空保障子模块。本发明可在锥束CT成像单元的动态监测下开展‑50℃~120℃高/低温环境下的原位微纳米压痕测试，对材料在高应力应变作用下的微观变形和损伤过程进行原位观测与三维成像，为揭示力热耦合加载条件下材料的力学行为及其微观组织变化的本构关系提供了有效的技术手段。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	王顺博;张建海;赵宏伟;周水龙;张世忠;孟凡越;赵久成
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910348219.3
公开号：	CN110044752A
代理机构：	吉林长春新纪元专利代理有限责任公司
代理人：	王怡敏
分类号：	G01N3/54(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	130000 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：包括锥束CT成像单元、高/低温压痕测试单元(4)、电动旋转平台(8)、隔振台(1)及硅油控温装置(9)，所述锥束CT成像单元、电动旋转平台(8)与硅油控温装置(9)安装在隔振台(1)上；所述高/低温压痕测试单元(4)固定在电动旋转平台上(8)；所述高/低温压痕测试单元(4)包括高/低温加载子模块、精密加载与检测子模块、真空保障子模块，所述高/低温加载子模块是：样品(19)粘结在载物铜台(20)下方，热电偶(24)粘接在样品(19)圆柱面外侧；载物铜台(20)内部放置有环绕式硅油槽(22)与导热脂(32)，载物铜台(20)外部包围有隔热层(21)；通过硅油控温装置(9)将目标温度的硅油循环通入环绕式硅油槽(22)对样品进行温度控制；所述精密加载与检测子模块通过Z轴压电精密驱动平台(11)作为动力源，驱动压头(18)与电容式位移传感器(14)Z向精密移动，最终将压头(18)压入样品(19)，通过力传感器(27)与电容式位移传感器(14)对载荷/位移信号实时精密检测与反馈控制；所述压头(18)通过夹紧螺钉固定在隔热压杆(15)上；力传感器(27)通过螺纹连接串联在隔热压杆(15)与连接杆(28)之间；电容式位移传感器(14)通过紧定螺钉(25)固定在位移传感器支架(26)末端；连接杆(28)与位移传感器支架(26)固定在XY轴压电驱动平台(29)上方，XY轴压电驱动平台(29)固定在Z轴压电精密驱动平台(11)上；位移传感器导电片(16)与导电片支架(17)粘结在石英玻璃外壁(13)内壁上；所述真空保障子模块通过创建真空环境以避免样品(19)表面结霜或氧化，聚酰亚胺法兰板(23)与石英玻璃外壁(13)通过胶结固定，石英玻璃外壁(13)与真空室底座(10)之间、聚酰亚胺法兰板(23)与载物铜台(20)之间分别采用螺纹连接固定，并夹紧密封圈起到密封效果；通过固定在真空室底座(10)外部的真空球阀(12)、航空插头(30)与排气阀(31)对真空室内进行气体交换与电气线路连通。 2.根据权利要求1所述的用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：所述的高/低温加载子模块通过硅油控温装置(4)将稳定温度的硅油循环通入放置在载物铜台(20)内部的环绕式硅油槽(22)，载物铜台(20)与环绕式硅油槽(22)之间充斥着导热脂(32)，所述导热脂(32)起到导热的作用，样品(19)粘结在载物铜台(20)下方；硅油在流动过程中通过热传导的方式将热量传入/传出于载物铜台(20)及样品(19)，此种液流循环控温方式能够在其沸点与凝固点之间对样品(19)进行持续稳定的控温；热电偶(24)粘结在样品(19)表面实时测量样品(19)的表面温度，在-50℃~120℃对样品(19)进行精确的温度控制。 3.根据权利要求1或2所述的用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：所述的样品(19)倒置于压头(18)上方，以便于在随电动旋转平台(8)旋转的载物铜台(20)内放置环绕式硅油槽(22)；载物铜台(20)与环绕式硅油槽(22)充斥着导热脂(32)，但二者之间没有任何刚性连接；所述导热脂(32)既起导热作用又起到润滑的作用，使环绕式硅油槽(22)不随铜载物台(20)旋转也不会受到旋转力的影响；保证环绕式硅油槽(22)与硅油控温装置(9)之间通过硅油管相连而不受旋转的干扰。 4.根据权利要求1所述的用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：所述的精密加载与检测子模块以精密压电平台作为纳米压痕加载动力源，Z轴压电精密驱动平台(11)驱动压头(18)与电容式位移传感器(14)同步位移压入样品，XY轴压电驱动平台(29)带动压头(19)在水平面内精密位移更换压入位置；压入过程中力传感器(27)与电容式位移传感器(14)同步进行精密检测与反馈控制，采用力控制与位移控制两种方式控制压入速率；通过更换压头进行不同种类的压痕或压缩测试。 5.根据权利要求1所述的用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：所述的真空保障子模块通过真空球阀(12)与外置的真空泵连接，对高/低温压痕测试单元(4)抽真空；关闭真空球阀(12)，测试装置在断开与真空泵连接后内部保持高真空，避免真空管路影响测试装置旋转；测试完成后开启进气阀(31)，使高/低温压痕测试单元(4)内压强恢复大气压强。 6.根据权利要求1所述的用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：所述的高/低温压痕测试单元(4)的石英玻璃外壁(13)采用不遮挡X射线的石英玻璃材料，聚酰亚胺法兰板(23)与导电片支架(19)均采用不遮挡X射线的聚酰亚胺材料。 7.根据权利要求1所述的用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：所述的高/低温压痕测试单元(4) 内的电气线路通过航空插头(30)与外界计算机连接，电气线路在高/低温压痕测试单元(4)外部集成一束，并留有余量长度，测试中电动旋转平台(8)匀速旋转360°配合锥束CT成像单元进行三维成像，360°旋转完成三维成像后既缓慢回转至初始位置。 8.根据权利要求1所述的用于锥束CT成像的原位高/低温压痕测试装置，其特征在于：所述的锥束CT成像单元是：X射线显微镜(3)安装在三自由度精密位移平台(2)上，X射线平板探测器(5)固定在探测器Z轴滑台(7)上，探测器Z轴滑台(7)固定在探测器X轴滑台(6)上；所述X射线显微镜(3)与X射线平板探测器(5)分别位于高/低温压痕测试单元(4)的两侧。
所属类别：	发明专利