CN105136980B - 多铁性材料多场耦合试验夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多铁性材料全封闭测试夹具，包括绝缘主体部件、压力加载部件、温度施加部件、电场施加与预留测量装置接口。所述绝缘主体部件由上、下两部分绝缘材料组成，为可完整闭合的两个圆柱体中空腔体结构；压力加载装置由压力受力部件、压力施加装置构成；温度施加部件包括温度环境油进油管、出油管两部分组成，通过环境油的循环实现内部温度的稳定，并起到防止空气击穿作用；电场施加与测量装置包括正极板、负极板和两个电源接线柱。本发明可为多铁性材料提供力‑热‑电‑磁多场耦合的全封闭安全测试环境，通过力场、温度场、电场和磁场的共同或部分加载，可实现多铁性材料相关参数的测量，提高了多铁性材料实验研究的安全性和准确性。

Description

多铁性材料多场耦合试验夹具

技术领域

本发明涉及多铁性材料在力-电-热-磁多场耦合条件下的测量技术，具体是一种可以实现部分或全部力-电-热-磁多场测试环境的多铁性材料多场耦合试验夹具。

背景技术

多铁性材料同时具备铁电、铁磁、铁弹等多种铁性，而且由于不同铁性之间的耦合作用而具有磁电效应等新的性能，使其可广泛应用于换能器、传感器、敏感器、多态存储等高技术领域，大大开拓了铁性材料的应用范围。目前，多铁性材料已成为国际上一个新的研究热点。这些材料在使用过程中往往伴随着力、电、热、磁等复杂的耦合物理力学行为。所以这些材料在多场耦合条件下的功能参数和耦合性能指标是评价产品质量、指导产品设计、进行产品改进和控制产品质量的基础。

和本申请相关的现有技术如下：中国专利申请“一种多场耦合测量系统”，申请号：200610150643.X；中国专利申请“一种测试力/电耦合场下金属薄膜疲劳寿命的方法”，申请号：200510096133.4；文献：“多铁性氧化物基磁电材料的制备及性能”，硅酸盐学报，2007，35（S1）,10。这些现有技术所提及的装置为了实现多场耦合的实验条件，是在开放实验环境下降各场简单的叠加在一起，并没有合理、有效的整合各场环境，存在着实验线路复杂，实验环境简单、不稳定、准确性差等问题，难以准确、高效、简便的实现多场耦合的实验条件。

发明内容

本发明为解决目前缺乏一种可实现力-热-电多场耦合条件下的全封闭安全铁电测试环境的夹具的技术问题，提供一种多铁性材料多场耦合试验夹具。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种多铁性材料多场耦合试验夹具，包括绝缘主体部件、压力加载部件、温度施加部件和电场施加与预留测量装置接口；所述绝缘主体部件包括由绝缘材料制成的均为上下贯通的中空腔体结构且可完整闭合的上、下圆柱体；所述上、下圆柱体的侧壁上均开有一个贯通上、下圆柱体侧壁内外的电极安装孔；所述上圆柱体侧壁留有两个用于容纳进油口和出油口的贯通缺口，下圆柱体的侧壁上开有贯通下圆柱体侧壁内外的进油口和出油口，该进油口和出油口与上圆柱体两个贯通缺口位置相对应；所述温度施加部件包括分别密封设在进油口和出油口内的进油管和出油管；所述电场施加与预留测量装置接口包括与上、下圆柱体的腔体相配合的负极板、正极板以及两个电源接线柱；所述负极板呈上下贯通的筒状结构，正极板呈圆柱体结构；所述压力加载部件包括与上、下圆柱体的腔体相配合的承压绝缘上盖板、外场施加件以及承压绝缘下盖板；外场施加件的外径小于负极板内径；上、下圆柱体相互扣合形成上下贯通的筒状结构，所述正极板由下而上嵌套于下圆柱体内部并固定，承压绝缘下盖板位于正极板的下方并将下圆柱体下端口密封；所述负极板由上而下嵌套于上圆柱体内并固定；所述外场施加件由上而下嵌套于负极板内并与负极板内壁触碰，承压绝缘上盖板扣合在上圆柱体内外场施加件的上方；穿过负极板的外场施加件与正极板共同将试件夹持；负极板与正极板的侧壁上均开有与上、下电极安装孔对应的侧孔，一个电源接线柱穿过上电极安装孔后伸入负极板的侧孔内与外场施加件碰触，另一个电源接线柱穿过下电极安装孔后伸入正极板的侧孔内；上、下圆柱体扣合处、正极板与下圆柱体内腔壁之间有绝缘材料固封其中；正极板、负极板以及外场施加件均由黄铜材料制成。

多铁性材料多场耦合试验夹具，包括绝缘主体部件、压力加载部件、温度施加部件、电场施加与预留测试部件接口。所述夹具可同时或单独提供力、热、电、磁场实验环境。

所述绝缘主体部件由上、下两部分高分子聚合材料组成，为可完整闭合的两个圆柱体中空腔体结构，具有良好的绝缘性，可实现完全密闭，提供了安全、稳定的实验环境。

压力加载部件由压力受力部件（承压绝缘上、下盖板）、压力施加装置（外场施加件）构成，通过传导压力平衡部件保证均匀、平稳的传导加载至试件表面。

所述温度施加部件包括进油管和出油管，通过环境油的循环实现内部温度的稳定，同时防止试件周围空气击穿，进一步提高了试验的精度和安全性。

所述夹具电场施加与预留测量装置接口包括正极板、负极板和两个电源接线柱，由铜块直接接触试件。

本发明将各种场环境有效的整合在一起，大大简化了实验线路，使得整个实验环境简单、稳定性高，可为多铁性材料提供力-热-电-磁多场耦合的全封闭安全测试环境，通过力场、温度场、电场和磁场的共同或部分加载，与相应测试设备结合可实现多铁性材料相关参数的测量，提高了多铁性材料实验研究的安全性和准确性。

附图说明

图1 本发明所述装置装配前的立体结构示意图。

1-承压绝缘上盖板，2-外场施加件，3-负极板，4-上圆柱体，5-下圆柱体，6-电源接线柱，7-电源接线柱绝缘保护套，8-正极板，9-承压绝缘下盖板，10-进油管，11-出油管，12-密封胶圈，13-上电极安装孔，14-下电极安装孔，15-侧孔，16-进油口，17-出油口。

具体实施方式

一种多铁性材料多场耦合试验夹具，包括绝缘主体部件、压力加载部件、温度施加部件和电场施加与预留测量装置接口；所述绝缘主体部件包括由绝缘材料制成的均为上下贯通的中空腔体结构且可完整闭合的上、下圆柱体；所述上、下圆柱体的侧壁上均开有一个贯通上、下圆柱体侧壁内外的电极安装孔；所述上圆柱体4侧壁留有两个用于容纳进油口16和出油口17的贯通缺口，下圆柱体5的侧壁上开有贯通下圆柱体5侧壁内外的进油口16和出油口17，该进油口16和出油口17与上圆柱体5两个贯通缺口位置相对应；所述温度施加部件包括分别密封设在进油口16和出油口17内的进油管10和出油管11；所述电场施加与预留测量装置接口包括与上、下圆柱体的腔体相配合的负极板3、正极板8以及两个电源接线柱6；所述负极板3呈上下贯通的筒状结构，正极板8呈圆柱体结构；所述压力加载部件包括与上、下圆柱体的腔体相配合的承压绝缘上盖板1、外场施加件2以及承压绝缘下盖板9；外场施加件2的外径小于负极板3内径；上、下圆柱体相互扣合形成上下贯通的筒状结构，所述正极板8由下而上嵌套于下圆柱体5内部并固定，承压绝缘下盖板9位于正极板8的下方并将下圆柱体5下端口密封；所述负极板3由上而下嵌套于上圆柱体4内并固定；所述外场施加件2由上而下嵌套于负极板3内并与负极板3内壁触碰，承压绝缘上盖板1扣合在上圆柱体4内外场施加件2的上方；穿过负极板3的外场施加件2与正极板8共同将试件夹持；负极板3与正极板8的侧壁上均开有与上、下电极安装孔对应的侧孔15，一个电源接线柱6穿过上电极安装孔13后伸入负极板3的侧孔15内与外场施加件2碰触，另一个电源接线柱6穿过下电极安装孔14后伸入正极板8的侧孔15内；上、下圆柱体扣合处、正极板8与下圆柱体5内腔壁之间有绝缘材料固封其中；正极板8、负极板3以及外场施加件2均由黄铜材料制成。

所述上圆柱体4的上端面呈凹槽结构，所述承压绝缘上盖板1与上端面凹槽结构相配合；下圆柱体5靠近上端口的部分外径小于其下方部分的外径进而形成一个凸台结构，所述进油口16与出油口17开在下圆柱体5的凸台上；上圆柱体4的下端口呈与下圆柱体5凸台相配合的凹槽结构，所述贯通缺口开在该凹槽边缘上。

外场施加件2由上部的圆柱体以及从圆柱体底面中心向下延伸的圆柱形凸起组成，上部的圆柱体高度等于负极板3的高度，下部的圆柱形凸起在无试件时刚好触碰到正极板8。

进油管10和出油管11均套设有密封胶圈12；两个电源接线柱6的外部均套设有电源接线柱绝缘保护套7。

以下结合附图对本发明专利的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。

如图1所示为本发明所述的多铁性材料多场耦合测试夹具，其主体由高分子聚合材料主体部件和承压绝缘上/下盖板构成一个完整的全封闭聚缘试验环境，该部分均采用绝缘性能良好，能够承受-100℃~250℃试验环境的高分子聚合物，其中受压绝缘上/下盖板能同时承受20KN压力，这就为实验提供了一个封闭、安全的环境。

压力加载部件包括承压绝缘上盖板1，其直接受压于外部压力机，并与外场施加件2连接，通过外场施加件2将压力直接施加于试件表面。

电场施加与预留测量装置接口包括负极板3和正极板9，电场接线柱6和电场接线柱绝缘保护套7，正负极板和电场接线柱均由黄铜材料制成并直接接触，外加信号直接插入电场接线柱6中，并由正负极板传递至外场施加件2后直接施加于试件上，同时电源接线柱绝缘保护套7起到保护作用。

温度施加部件包括进油管10、出油管11以及防漏胶圈12，将环境温度油分别与进出油管相连，实现环境温度油的循环加载，保证实验环境的稳定和精准控制，其中防漏胶圈12用于防止环境油外漏。

夹具整体进行无磁化设计，外加磁场可直接无损施加。

Claims (4)

1.一种多铁性材料多场耦合试验夹具，其特征在于，包括绝缘主体部件、压力加载部件、温度施加部件和电场施加与预留测量装置接口；所述绝缘主体部件包括由绝缘材料制成的均为上下贯通的中空腔体结构且可完整闭合的上、下圆柱体；所述上、下圆柱体的侧壁上均开有一个贯通上、下圆柱体侧壁内外的电极安装孔；所述上圆柱体（4）侧壁留有两个用于容纳进油口（16）和出油口（17）的贯通缺口，下圆柱体（5）的侧壁上开有贯通下圆柱体（5）侧壁内外的进油口（16）和出油口（17），该进油口（16）和出油口（17）与上圆柱体两个贯通缺口位置相对应；所述温度施加部件包括分别密封设在进油口（16）和出油口（17）内的进油管（10）和出油管（11）；所述电场施加与预留测量装置接口包括与上、下圆柱体的腔体相配合的负极板（3）、正极板（8）以及两个电源接线柱（6）；所述负极板（3）呈上下贯通的筒状结构，正极板（8）呈圆柱体结构；所述压力加载部件包括与上、下圆柱体的腔体相配合的承压绝缘上盖板（1）、外场施加件（2）以及承压绝缘下盖板（9）；外场施加件（2）的外径小于负极板（3）内径；上、下圆柱体相互扣合形成上下贯通的筒状结构，所述正极板（8）由下而上嵌套于下圆柱体（5）内部并固定，承压绝缘下盖板（9）位于正极板（8）的下方并将下圆柱体（5）下端口密封；所述负极板（3）由上而下嵌套于上圆柱体（4）内并固定；所述外场施加件（2）由上而下嵌套于负极板（3）内并与负极板（3）内壁触碰，承压绝缘上盖板（1）扣合在上圆柱体（4）内外场施加件（2）的上方；穿过负极板（3）的外场施加件（2）与正极板（8）共同将试件夹持；负极板（3）与正极板（8）的侧壁上均开有与上、下电极安装孔对应的侧孔（15），一个电源接线柱（6）穿过上电极安装孔（13）后伸入负极板（3）的侧孔（15）内与外场施加件（2）碰触，另一个电源接线柱（6）穿过下电极安装孔（14）后伸入正极板（8）的侧孔（15）内；上、下圆柱体扣合处、正极板（8）与下圆柱体（5）内腔壁之间有绝缘材料固封其中；正极板（8）、负极板（3）以及外场施加件（2）均由黄铜材料制成。

2.如权利要求1所述的多铁性材料多场耦合试验夹具，其特征在于，所述上圆柱体（4）的上端面呈凹槽结构，所述承压绝缘上盖板（1）与上端面凹槽结构相配合；下圆柱体（5）靠近上端口的部分外径小于其下方部分的外径进而形成一个凸台结构，所述进油口（16）与出油口（17）开在下圆柱体（5）的凸台上；上圆柱体（4）的下端口呈与下圆柱体（5）凸台相配合的凹槽结构，所述贯通缺口开在该凹槽边缘上。

3.如权利要求1或2所述的多铁性材料多场耦合试验夹具，其特征在于，外场施加件（2）由上部的圆柱体以及从圆柱体底面中心向下延伸的圆柱形凸起组成，上部的圆柱体高度等于负极板的高度，下部的圆柱形凸起在无试件时刚好触碰到正极板（8）。

4.如权利要求1或2所述的多铁性材料多场耦合试验夹具，其特征在于，进油管（10）和出油管（11）均套设有密封胶圈（12）；两个电源接线柱（6）的外部均套设有电源接线柱绝缘保护套（7）。