CN109975112A - 一种多尺寸纳米压痕试样台及相关实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多尺寸纳米压痕试样台及相关实验方法，属于微尺度力学性能测试技术领域。容置槽为台体中间部位，容置槽内部含有四个夹头，夹头与容置槽通过滑槽固定，弹簧位于夹头与台体之间，弹簧在初始位置时试样台能实现最大尺寸的材料固定，在弹簧中间含有螺丝钉，螺丝钉与台体之间通过螺纹固定连接，容置槽中央下方设有容置洞，容置洞内设有升降台。本发明在能够实现原有试样台固定功能的基础上，通过调节螺丝钉和升降台实现对多种尺寸的材料进行直接固定，避免由于冷镶嵌和粘接等试样制备方法对试样本身完整性和力学性能的破坏，减少水凝胶和生物器官等软材料由于试样制备过程中水分挥发而带来的实验误差，且大幅度节约试样制备时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种试样台，特别是涉及配合纳米压痕仪进行生物材料在位力学性能测试实验时所使用的试样台。本发明还涉及使用上述的试样台进行纳米压痕实验的方法，属于微尺度力学性能测试技术领域。
背景技术
当前，基于纳米压痕法的关节软骨、生物器官和石墨烯涂层等材料的力学性能测试技术已经成为其领域的有效研究方法。然而当前使用的纳米压痕试样台只能对镶嵌完成或已粘接好的试样进行固定，对于不同尺寸的材料无法直接固定，而采用镶嵌或胶水等试样制备方法会导致材料无法二次使用，且镶嵌过程中会散发大量热量，制作时间较长，对材料本身的力学性能有较大影响。因此对各尺寸材料直接固定的实验台及方法研究具有很高的实用价值。
现有纳米压痕试样台只能对镶嵌完成或粘接好的的试样进行固定，无法对材料本身进行直接固定。镶嵌法试样制备过程中会对材料脱水且制备周期长达几个小时，对于如关节软骨、生物器官等含水量较高的材料而言会严重影响试样的活性，使得测量得到的试样相关力学性能偏大，造成误差，且材料镶嵌后无法再次取出，不适合一些制备比较困难的材料进行实验。现有软材料的固定方法有直接粘接法和树脂底端固定法，但由于试样本身的含水性导致直接粘接的固定效果往往很差，而树脂底端固定法对于试样本身的大小就有了较高的要求且试样制备周期较长，影响材料本身活性。对于一些如纤维复合材料、金属材料和天然植物等本身具备一定体积或体积较大的试样则必须裁剪成较小体积并进行镶嵌或粘接在承载物上后，现有的试样台才能对其进行固定，该过程需要花费较多的时间，且镶嵌和粘接都会对试样本身造成污染和损害，导致试样无法二次使用。为克服以上问题，本发明提出一种多尺寸纳米压痕试样台及实验方法，该发明在具备原有纳米压痕试样台功能的情况下，还可以有效地对多种尺寸的金属、软骨和生物器官等材料进行直接固定，大幅度缩减试样制备时间且对试样不会造成损伤和污染，同时保证试样在测试过程无任何微小的扰动，并不受镶嵌产生的脱水影响，从而减少由于试样制备和固定产生的纳米压痕实验结果误差，更精准的获得材料的在位力学性能。
发明内容
本发明的多尺寸纳米压痕实验台可以实现对多种尺寸材料的直接固定，保证材料的完整性和力学性能不受试样制备过程的影响，从而得到更精确的纳米压痕实验数据。
其中多尺寸纳米压痕试样台，其特征在于：在试样台的台体(1)中间设有容置槽(2)，在容置槽(2)内部装有四个夹头(3)，夹头(3)与容置槽(2)之间通过滑槽固定，夹头(3)与试样台之间通过弹簧(4)连接，在弹簧(4)中间有螺丝钉(5)，在容置槽(2)中间有一个圆柱型容置洞(6)，在容置洞(6)中间含有高度可调节的升降台(7)。所述的夹头(3)尖端为梯形，可通过滑槽在容置槽(2)内移动，以实现试样台对多种尺寸材料固定的功能；所述弹簧(4)两端分别固定于夹头(3)和台体(1)之上，弹簧(4)位于初始位置时试样台能实现最大尺寸材料的固定，通过弹簧(4)的拉力实现夹头在非螺丝钉(5)推动的情况下夹头(3)不会朝试样台中间移动，以防止在软材料的实验过程中，由于夹头(3)自由移动挤压材料而造成实验误差；所述螺丝钉(5)位于弹簧(4)中间，与台体(1)之间通过螺纹孔连接，通过旋转实现螺丝钉(5)在容置槽(2)内的移动，进而对夹头(3)起到推动和固定的作用；所述升降台(7)位于容置槽(2)中央的容置洞(6)中，升降台(7)顶端有可以放置软物质的圆形载物台，载物台与试样台通过螺纹连接固定，通过旋转升降台下方的螺丝实现升降台(7)的上下移动。
所述的纳米压痕实验台进行纳米压痕实验的方法，操作步骤如下：对于具备一定硬度的板状材料，根据材料尺寸大小选择对称位夹头进行调节固定；对于具备较大体积且一定硬度的材料，采用四个夹头进行固定；对于具备一定体积的软材料，将软材料放置于升降台上，调节升降台使软材料表面达到与台体表面相同的高度，采用四个夹头进行固定。
本发明的多尺寸纳米压痕试样台及实验方法可以对多种尺寸的材料进行直接固定，解决如软骨和生物器官等含水试样在镶嵌法中试样脱水问题和在试样台上的固定问题，可以减少如竹材、复合板和金属等材料的试样制备时间及避免由于试样制作而对试样本身带来的损害，以获得更精准的纳米压痕实验数据和优化整个实验过程。
与传统实验方法相比较，本发明具有如下有益效果：
1、本发明试样台可以实现如软骨和水凝胶等含水软材料的固定，减少了由于水凝胶等试样无法固定而进行实验时造成的纳米压痕实验误差。
2、本发明试样台可以自由调节试样固定尺寸，从五个方向对试样固定，可以使得多种尺寸的材料实现直接固定，减少了试样制备时间并保证试样不受到脱水影响和粘接损害。
3、国内现有纳米压痕仪基本全部依赖进口，其原配试样台不具有尺寸调节和直接固定功能，而搭配相关组件则价格昂贵，本发明降低了实验成本，节约了试样制备时间且可信度高于纳米压痕仪上的配置组件。
附图说明
图1多尺寸纳米压痕实验台实施例视图。
图2多尺寸纳米压痕实验台实施仰视图。
具体实施方式
以下结合附图1和图2对本发明的多尺寸纳米压痕试样台以及利用该试样台进行纳米压痕实验的方法作进一步详细说明。
如图1所示为多尺寸纳米压痕保湿试样台结构图，其特征在于：试样台由台体(1)、容置槽(2)、夹头(3)、弹簧(4)、螺丝钉(5)、容置洞(6)和升降台(7)组成。其中容置槽(2)为台体(1)中间部位,容置槽内部含有四个夹头(3)，夹头(3)与容置槽(2)通过滑槽固定，弹簧(4)位于夹头(3)与台体(1)之间，弹簧(4)在初始位置时试样台能实现最大尺寸的材料固定，在弹簧(4)中间含有螺钉(5)，螺钉(5)与台体(1)之间通过螺纹固定连接，容置槽(2)中央下方设有容置洞(6)，容置洞内(6)设有升降台(7)。
本发明的实验方法，其具体步骤如下：对于现有纳米压痕试样台能固定的圆柱形试样，将试样置于升降台(7)的载物盘上，旋转升降台(7)下方的螺丝而调整升降台(7)高度使试样表面达到与试样台齐平，旋动螺丝钉(5)使夹头(3)钉紧试样；对于如复合材料板等板状材料，采用两个夹头(3)固定，待夹头(3)微钉紧试样后，调整板状材料表面，使被测表面与试样台表面高度齐平并保持水平状态，再旋动螺丝钉(5)钉紧材料；对于如金属块等具备一定硬度的块状结构，采用四个夹头(3)固定；对于如软骨和水凝胶等软材料，先将材料置于升降台(7)的载物盘上，使材料表面与试样台表面齐平后，旋转螺丝钉(5)对试样台进行轻微的固定，以防止夹头(3)固定力太大损害材料，固定完成后，在被测表面滴加一层保湿液。在完成试样固定后，将试样台安装于纳米压痕仪上，调整纳米显微镜观察试样表面，设定好压入深度和测试点后，运行实验。
Claims (5)
1.一种多尺寸纳米压痕试样台，其特征在于：在试样台的台体(1)中间设有容置槽(2)，在容置槽(2)内部装有四个夹头(3)，夹头(3)与容置槽(2)之间通过滑槽固定，夹头(3)与试样台之间通过弹簧(4)连接，螺丝钉(5)位于弹簧(4)中间，在容置槽内有一个圆柱型容置洞(6)，容置洞(6)内含有高度可调节的升降台(7)。
2.根据权利要求1所述的一种多尺寸纳米压痕试样台，其特征在于：所述的夹头(3)尖端为梯形，通过滑槽在容置槽(2)内移动，以实现试样台对多种尺寸材料固定的功能；夹头(3)通过弹簧(4)和螺丝钉(5)进行控制移动，通过旋转螺丝钉(5)可以实现夹头推进，弹簧(4)能够确保夹头(3)在不受推动的情况下夹头(3)不会推进和在螺丝钉(5)旋出时拉回夹头(3)。
3.根据权利要求1所述的一种多尺寸纳米压痕试样台，其特征在于：所述的螺丝钉(5)位于弹簧(4)内部，螺丝钉(5)可以对弹簧(4)起到水平方向固定的作用，防止弹簧(4)在试样固定过程中左右移动对试样台造成损害。
4.根据权利要求1所述的一种多尺寸纳米压痕试样台，其特征在于：所述台体底部设有容置洞(6)，容置洞(6)内开有螺栓孔，螺栓孔内的内螺纹与升降台(7)的外螺纹配合，通过旋转可实现升降台垂直方向的移动调节。
5.利用权利要求1所述压痕试样台进行的试样台进行纳米压痕实验的方法，其特征在于：对于现有纳米压痕试样台能固定的圆柱形试样，将试样置于升降台(7)的载物盘上，旋转升降台(7)下方的螺丝而调整升降台(7)高度使试样表面达到与试样台齐平，旋动螺丝钉(5)使夹头(3)钉紧试样；对于如复合材料板等板状材料，采用两个夹头(3)固定，待夹头(3)微钉紧试样后，调整板状材料表面，使被测表面与试样台表面高度齐平并保持水平状态，再旋动螺丝钉(5)钉紧材料；
对于块状金属结构，采用四个夹头(3)固定；
对于如软骨和水凝胶材料，先将材料置于升降台(7)的载物盘上，使材料表面与试样台表面齐平后，旋转螺丝钉(5)对试样台进行轻微的固定，以防止夹头(3)固定力太大损害材料，固定完成后，在被测表面滴加一层保湿液；
在完成试样固定后，将试样台安装于纳米压痕仪上，调整纳米显微镜观察试样表面，设定好压入深度和测试点后，运行实验。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190705 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |