CN106226158A - 手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，包括滑块，滑块左右两侧分别设置有固定座和支撑座，滑块内部设置有滚珠丝杆螺母；固定座和支撑座外侧均设置有螺钉，内部各设置有一个向心轴承；固定座和支撑座之间连接有滚珠丝杆；滚珠丝杆上安装有锁紧螺母，防止滚珠丝杆脱落；滚珠丝杆上连接有涡轮；固定座和滑块前端均设置有夹头，用于夹持样品；固定座内部设置有深沟槽滚珠轴承；支撑座一侧设置有蜗杆，内部设置有角接触滚珠轴承，蜗杆底部设置有旋钮。本发明具有安装零部件少，尺寸小，结构简单紧凑，操作简单的特点。本发明使用的很多配套零部件已经完全市场化，零部件标准化，所以结构稳定精度高，实验误差小。

Description

手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置
技术领域
本发明涉及一种手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，属于微尺度力学性能测试技术领域。
背景技术
随着现代材料科学、纳米材料、生物和医学材料的发展，传统的拉伸实验与检测手段已不能满足材料学科的发展趋势。在试样进行拉伸/压缩试验的同时，通过对样品的微结构和力学性能测试显得尤为重要。而且由于样品特征尺度越来越小，因此研究一种尺寸微小、结构精密、数据可靠，能在电镜下安装的拉伸/压缩试验机的要求迫切。显微拉伸试验机当前通过施加拉伸/压缩方法的原位拉伸力学测试的研究已经在国外大量的文献有发表，具体优势在于可以与大部分商业的电镜，如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等配合使用，目前的比如在MEMS/NEMS、碳纳米管、纳米线和薄膜材料等微小结构的进行的微尺度原位拉伸测试研究。为了适应材料科学的发展，通过电镜观察试样拉伸时的微观结构与状态，并由此研究材料微结构与拉伸状态的关系，成为一个越来越热门的研究话题。EBSD下的原位拉伸测试，是指在对试件材料进行拉伸测试过程中，通过引入扫描电子显微镜与EBSD对拉伸过程中材料组织及结构发生的微观变形、晶粒取向改变的过程进行观测的一种技术，这种测试技术可以揭示出外界载荷作用下材料微观变形和晶粒取向改变的规律，发现一些新的现象与问题。
目前，在电镜内现有的小型原位拉伸装置的尺寸都较大，并只能与特定型号的成型设备兼容使用，测试方法单一，并能与主流成像仪器均能兼容使用的原位测试装置鲜有提及，极大制约了研究的深入与发展。而能与大部分成像仪器配合使用的Kammrath–Weiss、GATAN Microtest 系列产品，不仅价格昂贵，而且尺寸较大，零部件多，大大增加了拉伸实验的位移误差。
目前大多数现有的小型原位拉伸装置同该系列产品一样，使用电机驱动，在进行实验操作时，就必须有与之配套的操作系统来控制对试样的拉伸/压缩行为。因此为了连接操作系统，就需要在电镜舱内打孔，对电镜进行改装。如此一来，实验的成本大大增加，实验过程中对电镜造成的风险性也越大。而由于采用电机驱动，在实验过程中电机的振动会对实验结果有影响。若扫描电镜放大倍数较大时，便很难获得清晰图像，而手动操作则可以避免这一问题。
相对于在电镜下对试样进行表面微观成像分析测试不同，电子背散射是对试样的表面进行晶粒曲向分析。在对试样进行电子背散射测试时，与电镜测试对试样的要求不同，电子背散射测试只需要对样品的一个点进行观测，也不需要对试样进行实时拉伸。因此，手动加载就可以满足电子背散射测试的需求。在对试样进行测试前，可以提前调节好样品的应变放入电镜内，然后进行晶粒取向分析。
发明内容
本发明的目的在于提供提出一种手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，相对于现有的设计，本发明尺寸小，零部件少，可以减小机器变形的位移误差。通过手动调节应变，既能达到实验要求，也可以消除电镜成像倍数对清晰度的影响。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，包括滑块，滑块左右两侧分别设置有固定座和支撑座，固定座外侧设置有螺钉，滑块中心设置有滚珠丝杆螺母，支撑座内部设置有向心轴承；固定座和滑块前端均设置有夹头，夹头上夹持有样品；固定座侧面中间位置设置有锁紧螺母防止滚珠丝杆脱落；固定座外表面一侧设置有蜗杆，内部设置有深沟槽滚珠轴承；蜗杆底部设置有旋钮；支撑座内部设置有角接触滚珠轴承，支撑座和固定座之间连接有滚珠丝杆，滚珠丝杆上连接有涡轮。
进一步地，支撑座和固定座内分别安装有向心轴承和锁紧螺母，可以保证滚珠丝杆在平稳转动的同时不脱离固定座。
进一步地，滚珠丝杆通过滚珠丝杆螺母与滑块之间的结合，带动滑块运动；滚珠丝杆同时与涡轮蜗杆相连接，蜗杆上安装有一个旋钮，通过旋转旋钮，可以达到控制滑块运动的目的。
进一步地，固定座内安装有一个深沟槽滚珠轴承，具有高精度稳定的回转性能。
进一步地，滑块经过滚珠丝杆螺母与滚珠丝杆结合，实现丝杆带动滑块的作用。由于背散射电子衍射成像时需要将样品倾斜70°，因此滑块与支撑座上各有一个70°的平面，并作为样品的夹持端。
进一步地，涡轮安装在滚珠丝杆上；支撑座上安装有两个向心轴承将蜗杆与涡轮精密结合。
所述原位拉伸装置的尺寸大小约为75mm*67mm*45mm。
本发明的驱动单元为手动驱动，驱动单元由旋钮连接涡轮与蜗杆，涡轮与滚珠丝杆连接，通过转动旋钮带动蜗轮、蜗杆运动再带动滚珠丝杆旋转。滚珠丝杆上连接滚珠丝杆螺母，滚珠丝杆螺母通过螺钉与滑块连接，滚珠丝杆转动时就会通过滚珠丝杆螺母的联动带动滑块做轴向位移。这里使用滚珠丝杆螺母与滚珠丝杆联动的优点在于:所使用的零部件及其配合使用已经完全市场化，技术成熟、位移稳定精确、使用的材料刚度高，在实验过程由于机器拉伸过程中的变形所造成的误差小。
为了保持涡轮蜗杆与滚珠丝杆联动单元平稳运行，在支撑座上有两个向心轴承支撑蜗杆精确稳定的转动。在固定座和支撑座内各有一个角接触滚珠轴承与深沟槽滚珠轴承，用来支撑与固定滚珠丝杆，使其固定和平稳转动并在实验过程中保持相当高的精度。
样品通过夹头固定。在电镜开始观察样品前，由于滚珠丝杆的导程已知，我们可以通过转动旋钮圈数来调节样品的应变，然后放在电镜下观察。由于采用手动驱动且装置尺寸较小，相对于电机驱动的好处在于：不用在电镜舱内打孔，外接操作系统来控制样品的拉伸。可以很方便的安装在电镜中，安装简单，操作不繁琐。
该发明的有益效果在于：与现有技术相比，其有益效果是：
相比于电机驱动，采用手动驱动滑块运动，不需要与之配套的操作系统来控制对试样的拉伸/压缩行为，不必在电镜舱内打孔，对电镜进行改装。因此，实验的成本降低，实验过程中对电镜造成的风险性小。而由于采用电机驱动，在实验过程中电机的振动会对实验结果有影响。若扫描电镜放大倍数较大时，便很难获得清晰图像，而手动操作则可以避免这一问题。
相比于现有技术，本发明具有安装零部件少，尺寸小，结构简单紧凑，操作简单的特点。本发明使用的很多配套零部件已经完全市场化，零部件标准化，所以结构稳定精度高，实验误差小。
附图说明
图1 是本发明实施例中装置整体结构示意图。
图2 是本发明实施例中装置左视图。
图3 是本发明实施例中装置左视图。
图4是本发明实施例中装置A-A方向剖视图。
图中标记说明：1、螺钉；2、固定座；3、滚珠丝杆螺母；4、滑块；5、支撑座；6、向心轴承；7、夹头；8、样品；9、锁紧螺母；10、蜗杆；11、蜗轮；12、旋钮；13、角接触滚珠轴承；14、滚珠丝杆；15、深沟槽滚珠轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
如图1、图2、图3和图4所示手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，包括滑块4，滑块4左右两侧分别设置有固定座2和支撑座5，固定座2外侧设置有螺钉1，滑块4中心设置有滚珠丝杆螺母3，支撑座5内部设置有向心轴承6；固定座2和滑块4前端均设置有夹头7，夹头7上夹持有样品8；固定座2侧面中间位置设置有锁紧螺母9防止滚珠丝杆脱落；固定座2一侧设置有蜗杆10，固定座2另一侧设置有深沟槽滚珠轴承15；蜗杆10底部设置有旋钮12；支撑座5内部设置有角接触滚珠轴承13，支撑座5和固定座2之间连接有滚珠丝杆15，滚珠丝杆14上连连接有涡轮11。
支撑座和固定座内分别安装有向心轴承和锁紧螺母，可以保证滚珠丝杆在平稳转动的同时不脱离固定座。滚珠丝杆通过滚珠丝杆螺母与滑块之间的结合，带动滑块运动；滚珠丝杆同时与涡轮蜗杆相连接，蜗杆上安装有一个旋钮，通过旋转旋钮，可以达到控制滑块运动的目的。支撑座内安装有一个角接触滚珠轴承，具有高精度稳定的回转性能。滑块经过滚珠丝杆螺母与滚珠丝杆结合，实现丝杆带动滑块的作用。由于背散射电子衍射成像时需要将样品倾斜70°，因此滑块与固定座上各有一个70°的平面，并作为样品的夹持端。涡轮安装在滚珠丝杆上；支撑座上安装有两个向心轴承将蜗杆与涡轮精密结合。
本发明的驱动单元为手动驱动，驱动单元由旋钮12连接涡轮11与蜗杆10，涡轮11与滚珠丝杆14连接，通过转动旋钮12带动蜗轮11、蜗杆10运动再带动滚珠丝杆旋转。滚珠丝杆14上连接滚珠丝杆螺母3，滚珠丝杆螺母3通过螺钉与滑块4连接，滚珠丝杆转动时就会通过滚珠丝杆螺母的联动带动滑块做轴向位移。这里使用滚珠丝杆螺母与滚珠丝杆联动的优点在于:所使用的零部件及其配合使用的方式已经完全市场化，技术成熟、位移稳定精确、使用的材料刚度高，在实验过程由于机器拉伸过程中的变形所造成的误差小。
如图1和图4所示，为了保持涡轮蜗杆与滚珠丝杆联动单元平稳运行，在支撑座5上有两个向心轴承支撑蜗杆精确稳定的转动。在固定座2和支撑座5内各有一个角接触滚珠轴承13与深沟槽滚珠轴承15，用来支撑与固定滚珠丝杆，使滚珠丝杆固定和平稳转动并在实验过程中保持相当高的精度。
如图1所示，样品8通过夹头7固定。在电镜开始观察样品前，由于滚珠丝杆14的导程已知，我们可以通过转动旋钮圈数来调节样品的应变，然后放在电镜下观察。由于采用手动驱动且装置尺寸较小，相对于电机驱动的好处在于：1.不用在电镜舱内打孔，外接操作系统来控制样品的拉伸。2.可以很方便的安装在电镜中，安装简单，操作不繁琐。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，其特征在于：包括滑块，滑块左右两侧分别设置有固定座和支撑座，固定座外侧设置有螺钉，滑块内部设置有滚珠丝杆螺母，支撑座内部设置有向心轴承；固定座和滑块前端均设置有夹头，夹头用于夹持样品；滚珠丝杆靠近固定端安装有锁紧螺母防止滚珠丝杆脱落；固定座一侧设置有蜗杆，固定座另一侧设置有深沟槽滚珠轴承；蜗杆底部设置有旋钮；支撑座内部设置有角接触滚珠轴承，支撑座和固定座之间连接有滚珠丝杆，滚珠丝杆上连接有涡轮。
2.根据权利要求1所述的手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，其特征在于：支撑座和固定座内分别安装有向心轴承和锁紧螺母，保证滚珠丝杆在平稳转动的同时不会脱离固定座。
3.根据权利要求1所述的手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，其特征在于：滚珠丝杆通过滚珠丝杆螺母与滑块之间的结合，带动滑块运动；滚珠丝杆同时与涡轮蜗杆相连接，蜗杆上安装有一个旋钮，通过旋转旋钮，达到控制滑块运动的目的。
4.根据权利要求1所述的手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，其特征在于：支撑座内安装有一个角接触滚珠轴承，具有高精度稳定的回转性能。
5.根据权利要求1所述的手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，其特征在于：滑块经过滚珠丝杆螺母与滚珠丝杆结合，实现丝杆带动滑块的作用；由于背散射电子衍射成像时需要将样品倾斜70°，因此滑块与支撑座上各有一个70°的平面，并作为样品的夹持端。
6.根据权利要求1所述的手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，其特征在于：涡轮安装在滚珠丝杆上；支撑座上安装有两个蜗杆轴承将蜗杆与涡轮精密结合。
7.根据权利要求1所述的手动扫描电镜电子背散射原位拉伸装置，其特征在于：该装置驱动单元为手动驱动，驱动单元由旋钮连接蜗杆与涡轮，涡轮与滚珠丝杆连接，通过转动旋钮带动蜗轮、蜗杆运动再带动滚珠丝杆旋转；滚珠丝杆上连接滚珠丝杆螺母，滚珠丝杆螺母通过螺钉与滑块连接，滚珠丝杆转动时就会通过滚珠丝杆螺母的联动带动滑块做轴向位移；为了保持涡轮蜗杆与滚珠丝杆联动单元平稳运行，在支撑座上有两个向心轴承支撑蜗杆精确稳定的转动；在固定座和支撑座内各有一个角接触滚珠轴承与深沟槽滚珠轴承，用来支撑与固定滚珠丝杆，使其固定和平稳转动并在实验过程中保持相当高的精度；样品通过夹头固定；在电镜开始观察样品前，由于滚珠丝杆的导程已知，通过转动旋钮圈数来调节样品的应变，然后放在电镜下观察。
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