本發(fā)明涉及微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗的，尤其涉及到一種原位高溫加載裝置、力學(xué)性能測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、微拉伸技術(shù)賦予了人們直接在微觀尺度觀察變形、強(qiáng)化和失效過程的機(jī)會，并進(jìn)行原位定量微觀力學(xué)性能表征，從而更深入地理解材料微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)，但是一般的工程材料的重要微觀結(jié)構(gòu)一般的變化發(fā)生在高溫下，其中斷裂過程的研究，包括滑移帶的形成、微裂紋萌生、生長和傳播行為，對材料性能和使用壽命的預(yù)測非常重要。許多工業(yè)應(yīng)用和高技術(shù)領(lǐng)域(如航空航天、能源、汽車等)要求材料能夠在高溫下保持穩(wěn)定性能。了解材料在高溫下的機(jī)械行為(如強(qiáng)度、延展性、疲勞性能等)對于材料選擇和設(shè)計至關(guān)重要。同時，研究高溫下微裂紋傳播過程中微觀到納米級的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將有助于對材料性能有更好的了解。掃描電鏡中利用高溫環(huán)境裝置使得拉伸臺實(shí)驗實(shí)不僅能夠獲取材料在相關(guān)條件下的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的聯(lián)系，還可利用掃描電鏡的電子背散射衍射提供高分辨率的晶粒和取向圖。在實(shí)驗過程中，原位高溫加載裝置提供了一個能夠模擬實(shí)際工作條件的環(huán)境，幫助研究人員更準(zhǔn)確地評估材料在高溫下的性能表現(xiàn)，通過理解材料在高溫下的行為，可以指導(dǎo)新材料的開發(fā)，優(yōu)化工程設(shè)計，提高材料的可靠性和耐久性。除了高溫，有時候還得研究較低溫時工程材料的微觀結(jié)構(gòu)變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的旨在滿足對材料在高溫條件下性能認(rèn)知的需求，為工業(yè)應(yīng)用和科學(xué)研究提供重要的實(shí)驗數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，提供一種原位高溫加載裝置、力學(xué)性能測試系統(tǒng)及方法，其中，原位高溫加載裝置在掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡、光譜儀等設(shè)備進(jìn)行微觀力學(xué)、微結(jié)構(gòu)研究時能夠?qū)υ嚇硬牧咸峁└邷丨h(huán)境。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

3、一種原位高溫加載裝置，包括加熱模塊、隔熱模塊以及限位件；

4、所述隔熱模塊設(shè)有容置腔；

5、所述加熱模塊包括導(dǎo)熱圓柱和接駁在電路上的加熱電阻絲；

6、所述導(dǎo)熱圓柱設(shè)于所述容置腔內(nèi)；

7、所述加熱電阻絲纏繞在導(dǎo)熱圓柱的外側(cè)表面；

8、所述限位件安裝在容置腔的腔口處，將試樣材料限位在導(dǎo)熱圓柱的頂部。

9、本技術(shù)方案中，通過通電升溫后的加熱電阻絲對導(dǎo)熱圓柱的外側(cè)面均勻加熱，使得導(dǎo)熱圓柱與試樣材料接觸的頂端面均勻受熱，從而使得不僅能為試樣材料提供高溫環(huán)境，而且提供的是均勻的高溫環(huán)境，避免因溫度分布不均影響力學(xué)性能測試的結(jié)果。

10、進(jìn)一步地，所述容置腔的內(nèi)表面鋪設(shè)有隔熱圖層，可以有效隔絕熱源。

11、進(jìn)一步地，所述隔熱模塊設(shè)有限位結(jié)構(gòu)；

12、所述限位結(jié)構(gòu)與限位件配合，對試樣材料進(jìn)行限位；

13、所述限位件設(shè)有觀察孔。

14、本技術(shù)方案中，限位結(jié)構(gòu)與限位件配合，對試樣材料進(jìn)行限位，可以避免試樣材料出現(xiàn)左右位移的情況，影響后續(xù)觀察；通過限位件的觀察孔，可以便于對高溫環(huán)境下的試樣材料的微結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行觀察。

15、進(jìn)一步地，本技術(shù)方案還提供有一種力學(xué)性能測試系統(tǒng)，其包括上述的原位高溫加載裝置、冷卻模塊、觀察模塊、微拉伸模塊以及主控模塊；

16、所述冷卻模塊與加熱模塊連接；

17、所述微拉伸模塊與試樣材料連接，給予試樣材料微拉伸力；

18、所述觀察模塊設(shè)于加熱模塊的上方，并正對試樣材料；

19、所述容置腔內(nèi)側(cè)壁安裝有溫度傳感器；

20、所述主控模塊分別與高溫加載裝置、冷卻模塊以及溫度傳感器連接。

21、本技術(shù)方案中，可通過主控模塊控制原位高溫加載裝置提供的溫度，也可以通過主控模塊控制原位高溫加載裝置和冷卻模塊，通過原位高溫加載裝置和冷卻模塊配合，控制提供的溫度，還可以在加熱電阻絲不加熱的情況下，通過主控模塊控制冷卻模塊工作，為試樣材料提供較低溫的環(huán)境。

22、本技術(shù)方案可以根據(jù)實(shí)際情況，為試樣材料提供不同的環(huán)境溫度。

23、進(jìn)一步地，所述隔熱模塊設(shè)有繞經(jīng)導(dǎo)熱圓柱內(nèi)部的冷卻管道；

24、所述冷卻模塊通過冷卻管分別與冷卻管道的兩端連通，形成閉環(huán)的冷卻液輸送通道。

25、本技術(shù)方案中，通過形成閉環(huán)的冷卻液輸送通道，不斷循環(huán)地往冷卻管道內(nèi)注入低溫的冷卻液，從而可以穩(wěn)定地中和加熱電阻絲所產(chǎn)生并傳導(dǎo)的熱量，達(dá)到降溫和控溫的目的，同時也可以確保設(shè)備不受高溫?fù)p壞。除此之外，還可以在加熱電阻絲不加熱的情況下，單獨(dú)地為試樣材料提供溫度恒定的低溫環(huán)境。

26、進(jìn)一步地，所述冷卻管道緊貼導(dǎo)熱圓柱的內(nèi)側(cè)壁，呈“π”形，可以快速地給導(dǎo)熱圓柱傳遞冷量。

27、進(jìn)一步地，所述冷卻模塊包括冷卻臺底座和端蓋；

28、所述冷卻臺底座設(shè)有冷卻空間，該冷卻空間內(nèi)設(shè)置有冷卻組件、冷卻液入口以及冷卻液出口；

29、所述端蓋蓋在冷卻臺底座上，將冷卻空間封閉。

30、進(jìn)一步地，所述冷卻組件包括冷卻棒和冷卻板；

31、所述冷卻棒設(shè)置冷卻空間的中部，冷卻板分別設(shè)于冷卻棒的四周；

32、所述冷卻液入口和冷卻液出口位于冷卻棒的兩側(cè)，且分別位于冷卻棒和對應(yīng)的冷卻板之間。

33、本技術(shù)方案通過冷卻棒、冷卻板、冷卻液入口和冷卻液出口在冷卻空間內(nèi)的布局，可以使得進(jìn)入冷卻空間內(nèi)的冷卻液快速降溫，提高冷卻效果。

34、進(jìn)一步地，本技術(shù)方案還提供有一種力學(xué)性能測試方法，其采用上述的力學(xué)性能測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括：

35、將試樣材料放置在加熱模塊上，并通過限位件對試樣材料進(jìn)行限位；

36、微拉伸模塊與試樣材料的兩端連接；

37、主控模塊控制接通電路，使得加熱電阻絲升溫，從而對導(dǎo)熱圓柱均勻加熱，并將熱量傳導(dǎo)至試樣材料；

38、微拉伸模塊對試樣材料進(jìn)行微拉伸操作，并通過觀察模塊實(shí)時觀察試樣材料的微結(jié)構(gòu)變化。

39、進(jìn)一步地，還包括有通過主控模塊控制冷卻模塊和高溫加載裝置配合，從而控制達(dá)到力學(xué)性能測試過程中試樣材料所需的溫度。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案原理及優(yōu)點(diǎn)如下：

41、1、通過通電升溫后的加熱電阻絲對導(dǎo)熱圓柱的外側(cè)面均勻加熱，使得導(dǎo)熱圓柱與試樣材料接觸的頂端面均勻受熱，從而使得不僅能為試樣材料提供高溫環(huán)境，而且提供的是均勻的高溫環(huán)境，避免因溫度分布不均影響力學(xué)性能測試的結(jié)果。

42、2、限位結(jié)構(gòu)與限位件配合，對試樣材料進(jìn)行限位，可以避免試樣材料出現(xiàn)左右位移的情況，影響后續(xù)觀察；另外，通過限位件的觀察孔，可以便于對高溫環(huán)境下的試樣材料的微結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行觀察。

43、3、力學(xué)性能測試系統(tǒng)中，可通過主控模塊控制原位高溫加載裝置提供的溫度，也可以通過主控模塊控制原位高溫加載裝置和冷卻模塊，通過原位高溫加載裝置和冷卻模塊配合，控制提供的溫度，還可以在加熱電阻絲不加熱的情況下，通過主控模塊控制冷卻模塊工作，為試樣材料提供較低溫的環(huán)境。

44、4、通過形成閉環(huán)的冷卻液輸送通道，不斷循環(huán)地往冷卻管道內(nèi)注入低溫的冷卻液，從而可以穩(wěn)定地中和加熱電阻絲所產(chǎn)生并傳導(dǎo)的熱量，達(dá)到降溫和控溫的目的，同時也可以確保設(shè)備不受高溫?fù)p壞。除此之外，還可以在加熱電阻絲不加熱的情況下，單獨(dú)地為試樣材料提供溫度恒定的低溫環(huán)境。

45、5、通過冷卻棒、冷卻板、冷卻液入口和冷卻液出口在冷卻空間內(nèi)的布局，可以使得進(jìn)入冷卻空間內(nèi)的冷卻液快速降溫，提高冷卻效果。