一种纳米力学测试系统用样品台及其使用方法
【专利摘要】一种纳米力学测试系统用样品台及其使用方法，属于纳米力学测试实验【技术领域】。本发明包括基体和样品支撑架，基体分为磁性样品区及非磁性样品区，磁性样品区内设置有变深度样品区，磁性样品区下面设有磁性金属；非磁性样品区内设有超薄样品放置区，样品支撑架与超薄样品放置区相对应。在本发明样品台上固定样品时无需胶水粘贴，避免清理胶水时损坏样品台；通过变深度样品区固定高度过高样品时，可以降低样品高度，避免撞针事故；通过样品支撑架固定超薄样品时，利用定位螺钉固定，借助样品支撑架提高样品高度；样品台坐标网格线用于扫描电镜定位样品位置，实现通过原位观察进行原位实验的要求，能够快速准确定位样品，工作效率和实验精度高。
【专利说明】一种纳米力学测试系统用样品台及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米力学测试实验【技术领域】，特别是涉及一种纳米力学测试系统用样品台及其使用方法。
【背景技术】
[0002]通过纳米力学测试系统进行力学性能的研究，已经成为现阶段评价金属材料质量的重要手段。利用纳米力学测试系统进行纳米力学测试实验时，经常会遇到如下问题:
[0003]1、当样品本身不导电时，为了固定样品，防止在实验过程中样品发生微小位移而影响实验结果，必须在样品底部用金属胶水粘贴一块磁性金属，借助磁性金属将样品吸附在样品台上，但是实验结束后，粘在样品台上的金属胶水很难清理，且在清理过程中很容易破坏样品台的完整性。
[0004]2、当样品高度过高时，如超过IOmm时,可能会超过传感器的检测极限，实验时极易发生撞针事故，导致测试系统内设备的损坏。
[0005]3、当样品厚度过薄时,如样品厚度为0.5mm?2mm时,且样品本身不导电,为了使样品的高度及平整度符合实验要求，在固定样品时，需要在样品底部用金属胶水粘贴一块磁性金属，借助磁性金属将样品吸附在样品台上，虽然这样做是为了解决实验过程中样品发生微小位移而影响实验结果，但是恰恰相反，粘在样品上的金属胶水实际上已经改变了样品的检测状态，相当于人为的为样品增加了弹性区，进而使实测数据无法真实反映样品的材料特性。
[0006]4、当需要原位多设备同时观察样品时，如果相关技术人员在金相显微镜或者扫描电镜下观察到样品时，认为样品上某一处平面具有利用纳米压痕进一步深入研究的必要后，便需要将固装有样品的样品台移至纳米压痕设备内，而被移动到纳米压痕设备内的样品，想要重新找到之前确定的那一处平面，变的异常困难，因而相关技术人员想要通过原位观察进行原位实验的要求也很难实现，且工作效率低下，实验精度不高。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种纳米力学测试系统用样品台及其使用方法，在样品台上固定样品时无需金属胶水粘贴，避免清理胶水时损坏样品台，固定高度过高样品时，可以降低样品高度，避免撞针事故，固定厚度过薄且不导电样品时，无需金属胶水粘贴就可实现样品的固定，使实测数据更加贴近真实值，并且很容易实现通过原位观察进行原位实验的要求，实验过程中能够实现样品的快速准确定位，大大提高工作效率和实验精度。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种纳米力学测试系统用样品台，包括基体和样品支撑架，所述基体分为磁性样品区及非磁性样品区，在所述磁性样品区内设置有变深度样品区，在磁性样品区对应的基体下表面设置有磁性金属；在所述非磁性样品区内设置有超薄样品放置区，所述样品支撑架与超薄样品放置区相对应。[0009]所述变深度样品区由若干深度不同的样品放置槽组成，样品放置槽包括若干第一样品放置槽和若干第二样品放置槽。
[0010]所述若干第一样品放置槽均为圆形凹槽，圆形凹槽直径为3mm?35mm ;所述若干第二样品放置槽均为圆形凹槽，圆形凹槽直径为2mm?25mm。
[0011]所述第一样品放置槽数量为三个，三个第一样品放置槽沿直线排列，槽深分别为2mm、3mm、5mm;所述第二样品放置槽数量为三个，三个第二样品放置槽沿直线排列，其排列方向与第一样品放置槽的排列方向相垂直，三个第二样品放置槽的槽深分别为2mm、3mm、5mm ο
[0012]所述超薄样品放置区所在的基体上均匀设置有若干销孔，所述样品支撑架由托盘和销杆组成，销杆固装在托盘的底端中心处，销杆与销孔相对应；在所述托盘中部设置有第三样品放置槽，在托盘侧部水平设置有定位螺钉，定位螺钉与第三样品放置槽相对应。
[0013]所述托盘设置为圆盘形结构，圆盘直径为5mm?15mm,托盘中部的第三样品放置槽设置为矩形槽，矩形槽的槽长为3mm?12mm,槽宽为2mm?IOmm,槽深为Imm?3mm。
[0014]在所述基体上表面设置有坐标网格线，坐标网格线为正方形网格线，网格线间距为5mm?IOmm ;所述坐标网格线中心坐标点与基体中心重合；所述坐标网格线的两个坐标方向分别为X向和Y向，其垂直方向为Z向，在所述坐标网格线内的每个方格内均标示有坐标值。
[0015]在所述基体侧部设置有把手。
[0016]采用所述的纳米力学测试系统用样品台的使用方法，包括如下步骤:
[0017]步骤一:首先将样品台固定到纳米力学测试系统的扫描电镜样品台安装处，用扫描电镜的控制主电脑扫描样品台基体，找到坐标网格线中心坐标点，把坐标网格线中心坐标点的位置坐标记录并保存；
[0018]步骤二:继续用扫描电镜的控制主电脑扫描样品台基体，从样品台基体的一角开始扫描，分别将坐标网格线的网格线交点处的位置坐标依次记录并保存；
[0019]步骤三:将坐标网格线内的每个方格内标示的坐标值进行编号，再将编号数据存储在扫描电镜的控制主电脑中；
[0020]步骤四:将待测样品放置在样品台上，样品位于坐标网格线内的方格内，通过方格内的编号数据，在扫描电镜的控制主电脑中输入该方格内的编号，扫描电镜会快速找到待测样品的位置；
[0021]步骤五:当扫描电镜扫描完成后，将待测样品快速移至纳米压痕设备内，进行原位观察原位操作的纳米压痕实验。
[0022]本发明的有益效果:
[0023]本发明与现有技术的样品台相比，在样品台上固定样品时无需金属胶水粘贴，避免清理胶水时损坏样品台；通过样品台上的变深度样品区，固定高度过高样品时，可以降低样品高度，避免撞针事故；通过在样品台上的安装样品支撑架，固定厚度过薄的样品时，无需金属胶水粘贴就可实现样品的固定，同时借助样品支撑架的自身高度，提高的样品的高度；在样品台上刻画有坐标网格线，用于扫描电镜定位样品位置，进而能够实现通过原位观察进行原位实验的要求，实验过程中能够实现样品的快速准确定位，大大提高工作效率和实验精度。【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明的一种纳米力学测试系统用样品台结构示意图；
[0025]图2为本发明的样品支撑架结构示意图；
[0026]图中，I一基体，2—第一样品放置槽，3—第二样品放置槽，4一坐标网格线，5—坐标网格线中心坐标点，6—销孔,7—把手,8—托盘,9—销杆，10—第二样品放置槽，11—定位螺钉。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0028]如图1、2所示，一种纳米力学测试系统用样品台，包括基体I和样品支撑架，所述基体I分为磁性样品区及非磁性样品区，在所述磁性样品区内设置有变深度样品区，在磁性样品区对应的基体I下表面设置有磁性金属，用于吸附磁性样品，使磁性样品稳定固定在样品台上；在所述非磁性样品区内设置有超薄样品放置区，所述样品支撑架与超薄样品放置区相对应。
[0029]所述变深度样品区由若干深度不同的样品放置槽组成，样品放置槽包括若干第一样品放置槽和若干第二样品放置槽。
[0030]所述若干第一样品放置槽2均为圆形凹槽，圆形凹槽直径为30mm ;所述若干第二样品放置槽3均为圆形凹槽，圆形凹槽直径为25mm。
[0031]所述第一样品放置槽2数量为三个，三个第一样品放置槽2沿直线排列，槽深分别为2mm、3mm、5mm ;所述第二样品放置槽3数量为三个，三个第二样品放置槽3沿直线排列，其排列方向与第一样品放置槽2的排列方向相垂直，三个第二样品放置槽3的槽深分别为2mm、3mm、5mm0
[0032]所述超薄样品放置区所在的基体I上均匀设置有若干销孔6，所述样品支撑架由托盘8和销杆9组成，销杆9固装在托盘8的底端中心处，销杆9与销孔6相对应；在所述托盘8中部设置有第三样品放置槽10，在托盘8侧部水平设置有定位螺钉11，定位螺钉11与第三样品放置槽10相对应。
[0033]所述托盘8设置为圆盘形结构，圆盘直径为15mm,托盘8中部的第三样品放置槽10设置为矩形槽，矩形槽的槽长为12mm,槽宽为IOmm,槽深为3mm。
[0034]在所述基体I上表面设置有坐标网格线4，坐标网格线4为正方形网格线，网格线间距为IOmm ;所述坐标网格线中心坐标点5与基体I中心重合；所述坐标网格线4的两个坐标方向分别为X向和Y向，其垂直方向为Z向，在所述坐标网格线4内的每个方格内均标示有坐标值。
[0035]在所述基体I侧部设置有把手7，以方便样品台的拆装搬运。
[0036]采用所述的纳米力学测试系统用样品台的使用方法，包括如下步骤:
[0037]步骤一:首先将样品台固定到纳米力学测试系统的扫描电镜样品台安装处，用扫描电镜的控制主电脑扫描样品台基体1，找到坐标网格线中心坐标点5，把坐标网格线中心坐标点5的位置坐标记录并保存；
[0038]步骤二:继续用扫描电镜的控制主电脑扫描样品台基体1，从样品台基体I的一角开始扫描，分别将坐标网格线4的网格线交点处的位置坐标依次记录并保存；
[0039]步骤三:将坐标网格线4内的每个方格内标示的坐标值进行编号，再将编号数据存储在扫描电镜的控制主电脑中；
[0040]步骤四:将待测样品放置在样品台上，样品位于坐标网格线4内的方格内，通过方格内的编号数据，在扫描电镜的控制主电脑中输入该方格内的编号，扫描电镜会快速找到待测样品的位置；
[0041]步骤五:当扫描电镜扫描完成后，将待测样品快速移至纳米压痕设备内，进行原位观察原位操作的纳米压痕实验。
[0042]当待测样品为磁性样品时，将待测样品放置在样品台的磁性样品区，当待测样品高度超高时，将待测样品放入变深度样品区内的样品放置槽中，进而降低了待测样品的高度。
[0043]当待测样品为超薄样品时，首先将样品支撑架安装到超薄样品放置区内，并通过将销杆9插入样品台的销孔6内，实现样品支撑架的固定。此时的可将待测样品放入样品支撑架托盘8的第三样品放置槽10内，样品支撑架对待测样品起到了增加高度的作用。当待测样品在第三样品放置槽10内位置选定后，缓缓旋紧定位螺钉11，通过定位螺钉11将待测样品顶紧在第三样品放置槽10内，其顶紧力不需太大，即可实现待测样品的定位。
[0044]本实施例中，所使用的纳米力学测试系统为美国HYSITR0N-TRIB0INDENTER纳米力学测试系统，该系统的主要技术参数为:最大载荷为10mN，载荷分辨率为InN，纵向位于分辨率为0.0lnm，原位扫描最小图像接触了为ΙΟΟηΝ，扫描速率为0.1Hz?0.3Hz，最大扫描尺寸为>90 μ mX 90 μ mX 4 μ m，针尖定位精度为+ / -1Onm ;X向可加载的最大载荷为2mN，载荷分辨率为5 μ N，位移最大值为15 μ m,位移分辨率为3nm。纳米力学测试系统内的待测样品一般高度不超过IOmm,最薄不能低于Imm,而本发明的样品台能够适用高度超过IOmm和薄度小于Imm的待测样品。
【权利要求】
1.一种纳米力学测试系统用样品台，其特征在于:包括基体和样品支撑架，所述基体分为磁性样品区及非磁性样品区，在所述磁性样品区内设置有变深度样品区，在磁性样品区对应的基体下表面设置有磁性金属；在所述非磁性样品区内设置有超薄样品放置区，所述样品支撑架与超薄样品放置区相对应。
2.根据权利要求1所述的一种纳米力学测试系统用样品台，其特征在于:所述变深度样品区由若干深度不同的样品放置槽组成，样品放置槽包括若干第一样品放置槽和若干第二样品放置槽。
3.根据权利要求2所述的一种纳米力学测试系统用样品台，其特征在于:所述若干第一样品放置槽均为圆形凹槽，圆形凹槽直径为3mm~35mm ;所述若干第二样品放置槽均为圆形凹槽，圆形凹槽直径为2mm~25mm。
4.根据权利要求2所述的一种纳米力学测试系统用样品台，其特征在于:所述第一样品放置槽数量为三个，三个第一样品放置槽沿直线排列，槽深分别为2mm、3mm、5mm ;所述第二样品放置槽数量为三个，三个第二样品放置槽沿直线排列，其排列方向与第一样品放置槽的排列方向相垂直，三个第二样品放置槽的槽深分别为2mm、3mm、5mm。
5.根据权利要求1所述的一种纳米力学测试系统用样品台，其特征在于:所述超薄样品放置区所在的基体上均匀设置有若干销孔，所述样品支撑架由托盘和销杆组成，销杆固装在托盘的底端中心处，销杆与销孔相对应；在所述托盘中部设置有第三样品放置槽，在托盘侧部水平设置有定位螺钉，定位螺钉与第三样品放置槽相对应。
6.根据权利要求5所述的一种纳米力学测试系统用样品台，其特征在于:所述托盘设置为圆盘形结构，圆盘直径为5_~15_，托盘中部的第三样品放置槽设置为矩形槽，矩形槽的槽长为3mm~12mm,槽宽为2mm~IOmm,槽深为1mm~3mm。
7.根据权利要求1所述的一种纳米力`学测试系统用样品台，其特征在于:在所述基体上表面设置有坐标网格线，坐标网格线为正方形网格线，网格线间距为5mm~IOmm ;所述坐标网格线中心坐标点与基体中心重合；所述坐标网格线的两个坐标方向分别为X向和Y向，其垂直方向为Z向，在所述坐标网格线内的每个方格内均标示有坐标值。
8.根据权利要求1所述的一种纳米力学测试系统用样品台，其特征在于:在所述基体侧部设置有把手。
9.采用权利要求1所述的一种纳米力学测试系统用样品台的使用方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:首先将样品台固定到纳米力学测试系统的扫描电镜样品台安装处，用扫描电镜的控制主电脑扫描样品台基体，找到坐标网格线中心坐标点，把坐标网格线中心坐标点的位置坐标记录并保存； 步骤二:继续用扫描电镜的控制主电脑扫描样品台基体，从样品台基体的一角开始扫描，分别将坐标网格线的网格线交点处的位置坐标依次记录并保存； 步骤三:将坐标网格线内的每个方格内标示的坐标值进行编号，再将编号数据存储在扫描电镜的控制主电脑中； 步骤四:将待测样品放置在样品台上，样品位于坐标网格线内的方格内，通过方格内的编号数据，在扫描电镜的控制主电脑中输入该方格内的编号，扫描电镜会快速找到待测样品的位置；步骤五:当扫描电镜扫描完成后，将待测样品快速移至纳米压痕设备内，进行原位观察原位操作的纳米压 痕实验。
【文档编号】G01N3/40GK103730312SQ201410008948
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】薛文颖, 申勇峰, 刘振宇 申请人:东北大学