CS261949B1

CS261949B1 - Deformation device for tensile testing of materials in vacuum

Info

Publication number: CS261949B1
Application number: CS872942A
Authority: CS
Inventors: Antonin Ing Schenk
Original assignee: Schenk Antonin
Priority date: 1987-04-25
Filing date: 1987-04-25
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS294287A1

Abstract

Podstatou zařízení je základní těleso se dvěma suvnými písty, spojené s tělesem příčníku, přičemž mezi obě tělesa se upíná zkoumaný vzorek. Oba písty jsou na konci opatřeny pryžovou manžetou a dále pak 0 kroužky Upevněnými v drážkách přírub, ke kterým jsou upevněny vlnovce vakuotesně spojené s písty, které .isou spojeny s tělesem příčníku, jehož boky jsou spojeny s táhly. První táhlo je spojeno s páčkou mikrospínače a druhé táhlo s dálkovým tenzometrem, zatímco silový tenzometr je upevněn v podélném zábrusu dříku, který spojuje první čelist se základním tělesem.The essence of the device is a basic body with two sliding pistons, connected to the crossbar body, while the sample under examination is clamped between both bodies. Both pistons are equipped with a rubber sleeve at the end and then O-rings fixed in the grooves of the flanges, to which bellows are fixed vacuum-tightly connected to the pistons, which are connected to the crossbar body, the sides of which are connected to the rods. The first rod is connected to the microswitch lever and the second rod to the remote strain gauge, while the force strain gauge is fixed in the longitudinal ground section of the shaft, which connects the first jaw to the basic body.

Description

Vynález se týká statického deformačního zařízení pro tahové zkoušky materiálů ve vakuu, například ve vakuově komoře rastrovacího elektronového mikroskopu.The invention relates to a static deformation device for tensile testing of materials in a vacuum, for example in a vacuum chamber of a scanning electron microscope.

Při klasických statických deformačních zkouškách se zatěžuj í|zkoumané vzorky, přičemž se snímá zatěžující síla a prodloužení. Tyto hodnoty se vynášejí do diagramu, ze kterého se usuzuje ^na vlastnosti materiálů. Tyto zkoušky nám podá vají pouze informace o makroskopických zvláštnostech materiálů, ale pro řádné pochopení všech vlastností materiálů je nutné znát jeho chování také v mikroskopickém měřítku. Jako nejlepší prostředek pro toto zkoumání se jeví elektronový mikroskop. Pro řádnou funkcí elektronového mikroskopu je nutné vzorek umístit ve vakuu, což vylučuje možnost sledovat vzorek během zatěžování a umožňuje pouze pozorování a měření vzorků, na které nepůsobí zatěžovací síla.In the classical static deformation tests, the test specimens are loaded and the loading force and elongation are sensed. These values are plotted in a diagram to judge ^the properties of the materials. These tests give us only information about the macroscopic peculiarities of the materials, but for a proper understanding of all the properties of the materials it is necessary to know its behavior also on a microscopic scale. An electron microscope appears to be the best means for this investigation. For proper operation of the electron microscope, the sample must be placed under vacuum, which eliminates the possibility to monitor the sample during loading and only allows observation and measurement of samples not subjected to the load force.

V NDR bylo vyrobeno zařízení pro tahové zkoušky materiálů ve vakuu, ale svou koncepcí vyžaduje speciální a nákladné úpra vy mikroskopu. Dále toto zařízení je podstatně složitější, způ sob utěsnění vakua je sporný a zařízení neumožňuje řízení trhá cl zkoušky pomocí počítače.In the GDR, a vacuum tensile testing device has been produced, but its concept requires special and costly microscope adjustments. Further, this device is considerably more complicated, the method of sealing the vacuum is questionable and the device does not allow control of tearing cl test by computer.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje deformační zařízení pro tahové zkoušky materiálů ve vakuu, sestávající ze základní ho tělesa a tělesa příčníku, která jsou opatřena upínacími čelistmi pro zkoušený vzorek a navzájem spojena písty upevněnými v tělese příčníku a zapadající do válcových otvorů v základním tělese, do kterých ústí kanálky pro přívod tlakové kapaliny, jehož podstatou je, že oba písty jsou na konci opatřeny pružnou manžetou a dále pak 0 kroužky z pružného materiálu, upevIThese drawbacks are eliminated by a deformation device for tensile testing of materials in a vacuum, consisting of a base body and a cross-member, which are provided with clamping jaws for the test sample and connected to each other by pistons fixed in the cross-member and engaging in cylindrical holes in the base channels for the supply of pressure fluid, which is based on the fact that both pistons are equipped with an elastic collar at the end and then 0 rings of elastic material,

-2-. 281 949 něnými v drážkách přírub, ke kterým jsou upevněny vlnovce vakuotěsně spojené s písty, které jsou spojeny 8 tělesem příčníku, jehož boční stěny jsou spojeny s táhly, kde první táhlo je spojeno s páčkou mikrosřpínače a druhé táhlo přes plochou pružinu s délkovým tenzometrem upevněným spolu s mikrospínačem na základním tělese, zatím co silový tenzometr je upevněn v podélném zábrusu dříku, který spojuje první čelist se Základním tělesem přes polokulovou podložku pomocí matice.-2-. 281 949 in flange grooves to which bellows are vacuum-tightly connected to pistons, which are connected by 8 a cross-member body whose side walls are connected to rods, the first rod being connected to the microswitch lever and the second rod across flat spring with longitudinal strain gauge mounted together with a microswitch on the base body, while a strain gauge is mounted in the longitudinal ground joint of the shaft that connects the first jaw to the base body through a hemispherical washer using a nut.

Hlavní předností zařízení je, že umožňuje pomocí počítače řízené pozorování a měření mikrostruktury vzorku při současném snímání makroskopických údajů jako jsou napínací síla a prodloužení. Zařízení i při značných zatěžovacích silách až 5000 N nepřénáší žádné parazitní síly na jakoukoliv součást mikroskopu a tím neovlivňuje výsledky měření. Současně zařízení neovlivňuje žádným jiným způsobem řádný chod mikroskopu, například neovlivňuje vakuum, nevytváří nežádoucí elektromagnetická pole. Instalace zařízení nevyžaduje žádné složitější zásahy do konstrukce elektronového mikroskopu. Zařízení rovněž umožňuje pomocí tenzometrů měřit relativně velmi přesně sílu působící pouze na zkoumaný vzorek a jeho prodloužení.The main advantage of the device is that it enables computer-controlled observation and measurement of sample microstructure while simultaneously capturing macroscopic data such as tensioning force and elongation. The device does not transmit any parasitic forces to any part of the microscope even at significant load forces up to 5000 N and thus does not affect the measurement results. At the same time, the device does not affect the proper operation of the microscope in any other way, for example does not affect the vacuum, does not create undesirable electromagnetic fields. The installation of the device does not require any more complicated interventions in the construction of the electron microscope. The device also makes it possible to measure relatively very precisely the force acting only on the sample and its elongation by means of strain gauges.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 je zařízení nakresleno v nárysu a na obr. 2 v půdorysu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawing, in which: FIG.

Nosnou součást statického deformačního zařízení tvoří základní těleso χ, které se upevňuje na gonio mikroskopu, umístěné ve vakuové komoře elektronového rastrovacího mikroskopu. Ve válcových otvorech základního tělesa χ jsou dva posuvné písty χ upevněné, v tělese 2 příčníku. V základním tělese χ je umístěna první čelist 4 a v tělese 2_ příčníku je upevněna druhá čelist χ. Obě čelisti £ a J5 umožňují upnutí zkoumaného vzorku _6 pomocí upínacích kolíků 23. Druhá čelist 5 je k tělesu 2, příčníku připevněna šrouby 19. První čelist 4 je k základnímu tělesu χ upevněna přes dřík χ polokulovou podložkou χ pomocí matice 9_. Dřík_7 má podélný zábrus, na kterém je upevněn silový tenzometr 20 snímající sílu působící na zkoumaný vzorek 6.· Délkový tenzometr 21. snímající prodloužení, je upevněn na ploché pružině 10 spojené se základním tělesem χa přes druhé táhlo 25 8 tělesem χ příčníku. Těleso 2_ příčníku se do výchozí polohy, určené nastavitelnýmThe supporting part of the static deformation device consists of the basic body χ, which is mounted on the gonio microscope placed in the vacuum chamber of the electron scanning microscope. There are two sliding pistons χ fixed in the cylindrical holes of the basic body χ, in the cross member body 2. A first jaw 4 is disposed in the base body χ and a second jaw χ is fastened in the cross member 2. Both jaws 5 and 5 allow clamping of the sample 6 by means of clamping pins 23. The second jaw 5 is fastened to the body 2, the crossbar by screws 19. The first jaw 4 is fixed to the base body χ via the stem χ by a hemispherical washer χ using nut 9. The shaft 7 has a longitudinal ground joint on which a force strain gauge 20 sensing the force applied to the sample 6 is mounted. The strain gauge 21 extending sensing is mounted on a flat spring 10 connected to the base body χa via a second rod 25 8 by the crossbar body χ. The cross-member body 2 is in the initial position determined by the adjustable

261 949 dorazem 22, vrací pomocí dvou vratných pružin 18. Tlaková kapalina/ vyvozuj ící zatěžující sílu/se přivádí tlakovou kovovou trubičkou 11 do základního tělesa 1^ kde se kanálkem 12 rozvádí do válcových otvorů s písty 3. Písty 3/jsou utěsněny ve válcových otvorech pryžovou manžetou 13 a dále vakuotěsně vitonovým O kroužkem 14 zapadajícím do drážky v přírubě 15 spojené vlnovcem 16 s pístem a tělesem £ příčníku. První táhlo 17 je spojeno s mikrospínačem 24.The pressure fluid (exerting a load force) is supplied via a pressure metal tube 11 to the base body 1 where it is distributed through the bore 12 into cylindrical bores with pistons 3. The pistons 3 / are sealed in cylindrical bores. holes with a rubber collar 13 and a vacuum-tight Viton O-ring 14 engaging a groove in a flange 15 connected by a bellows 16 to a piston and a cross-member body. The first rod 17 is connected to the microswitch 24.

Zkoumaný vzorek 6. se upne pomocí první a druhé čelisti _4 a 5j ve kterých jscu upípací kolíky 23 a upínací šrouby 19 do statického deformačního zařízení upevněného na goniu v komoře elekrtronového rastrovacího mikroskopu. Poté se komora uzavře a vytvoří se požadované vakuum* Otáčením gonia se na zkoumaném vzorku X-vyhledá místo, které má být pozorováno a měřeno. Poté se začne trubičkou 11 napouštět tlakový kapalina vyvozující potřebnou zatěžovací sílu ve válcových otvorech základního tělesa _1_. Tlaková kapalina , proudící kovovou trubičkou 11 a kanálkem 12 do válcových otvorů, vyvolává tlak na písty Písty χ. se působením tlakové kapaliny vytlačují z válcových otvorů v základním tělese J;_ a působí tažnou silou přes těleso příčníku na zkoumaný vzorek 6. Tato síla/působící na vzorek_6/se přenáší přes první čelist 4 na dřík .7, na kterém je snímána silovým tenzometrem 20. Pohyb tělesa 2_ příčníku vůči základnímu tělesu X je měřen délkovým tenzometrem 21 upevněným na ploché pružině 10, která je spojena se základním tělesem 1 a přes táhlo 25 s tělesem_2 příčníku. Po ukončení měření,se zruší ve válcích nastavený tlak a písty 3 se s tělesem _2. příčníku vrací do výchozí polohy určené stavitelným dorazem 22 a tlakem vratných pružin 18„ Celé zařízení je jištěno proti havárii vytlačení pístů ,3. z válcových otvorů základního tělesa JL. a proniknutí tlakové kapaliny do mikroskopu jednak osazením pístů 3 a jednak koncovým mikrospínačem 24 spojeným přes druhé táhlo 17 s tělesem .2. příčníku.The sample to be examined 6 is clamped by means of the first and second jaws 4 and 5j in which the pegs 23 and the clamping screws 19 are clamped into a static deformation device mounted on a gonium in an electron beam scanning microscope chamber. The chamber is then sealed and the desired vacuum is created. By rotating the gonium, the X-site to be examined is searched for the site to be observed and measured. Thereafter, a pressure fluid is exerted through the tube 11 exerting the necessary load force in the cylindrical openings of the base body. The pressure fluid flowing through the metal tube 11 and the channel 12 into the cylindrical bores exerts pressure on the pistons of the pistons χ. They are pushed out of the cylindrical bores in the base body by the action of a pressurized liquid and exert a tractive force over the cross member body on the sample 6 to be examined. 20. The movement of the cross-body 2 relative to the base body X is measured by a strain gauge 21 mounted on a flat spring 10 which is connected to the base body 1 and via a rod 25 to the cross-body 2. After the measurement is completed, the set pressure in the cylinders is canceled and the pistons 3 are with the body 2. the crossbar returns to the starting position determined by the adjustable stop 22 and the pressure of the return springs 18 "The whole device is protected against the accident of pushing out the pistons, 3. from the cylindrical holes of the base body JL. and penetration of the pressurized fluid into the microscope by firstly mounting the pistons 3 and secondly with an end microswitch 24 connected via the second rod 17 to the body. crossbar.

Statické deformační zařízení je použitelné zejména v metalografickém výzkumu materiálů.Static deformation equipment is useful especially in metallographic research of materials.

Claims

Deformation devices for tensile testing of materials in a vacuum, for example in an electron scanning microscope vacuum chamber, comprising a base body and a cross-member, provided with clamping jaws for the sample under test and slidably connected to each other by pistons mounted in the cross-member; into which the outlet for the pressure fluid supply channel, characterized in that both pistons (3) are provided at the end with a flexible collar (13) and then 0 rings (14) of elastic material fixed in the grooves of the flanges (15) to which they are fastened by bellows (16) vacuum-tightly connected to the pistons (3), which are connected to a cross member (2), the side walls of which are provided with rods (17, 25), the first rod (17) being connected to the microswitch lever. (24) and a second rod (25) over a flat spring (10) with a strain gauge (21) mounted together with a microswitch (24) on the base body (1), while a force strain gauge (20) is mounted in the longitudinal joint of the shaft ( 7), which connects the first jaw (4) to the base body (1) via a hemispherical washer (8) by means of a nut (9).