一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具及其使用方法与流程

本发明涉及一种磨制长方体试样的夹具及其使用方法。

背景技术：

研究热电材料需要精确测量其电阻率，现有商用测量热电材料电阻率的设备一般要求测试样为规则的长方体。上下两电极夹持长方体两端面，固定间距的两根探针同时接触某一侧面，电流经上下电极流经试样，两探针测得接触点间电势差，再根据探针间距离以及长方体横截面积计算出电阻率。长方体试样尺寸长度方向一般为8mm～12mm，横截面长宽为2mm～3mm。长方体侧面之间要求互相垂直，以保证横截面积计算的准确性，进而影响电阻率的精确性；长方体两端面需平行，以保证试样夹持的稳固性。热电材料通常为半导体材料，机械强度差，脆性较大，且由于试样尺寸较小，无专用打磨设备。目前试样制备方法多是采用金刚石线切割机预先切出长条试样，然后在砂纸上简单打磨。各面的平整度难以保证，面与面之间难以保证互相垂直。

技术实现要素：

本发明要解决现有测量电阻率的热电材料长方体，各面的平整度难以保证，面与面之间难以保证互相垂直的问题，而提供一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具及其使用方法。

一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具包括圆柱环部件、圆柱部件、侧面夹具及端面夹具；

所述的圆柱环部件的端面与轴向垂直；

所述的侧面夹具由第一圆柱体一侧端面上试样侧面夹槽、第一配重槽及螺丝槽形成；所述的试样侧面夹槽沿第一圆柱体径向方向设置，并延径向方向贯穿第一圆柱体；所述的螺丝槽侧面平行于试样侧面夹槽侧面，且螺丝槽侧面上设置多个第一螺纹孔，所述的第一螺纹孔为通孔，且第一螺纹孔的轴向垂直于试样侧面夹槽侧面；所述的试样侧面夹槽的两个侧面为平行面，所述的试样侧面夹槽底面与试样侧面夹槽的两个侧面相垂直；试样侧面夹槽底面设置与第一螺纹孔位置对应且半径相同的半圆螺纹槽；

所述的端面夹具由第二圆柱体外圆周面上试样端面夹槽、第二配重槽及平面形成；所述的试样端面夹槽沿第二圆柱体轴向方向设置，并延轴向方向贯穿第二圆柱体；所述的平面平行于试样端面夹槽侧面，且平面上设置多个第二螺纹孔，所述的第二螺纹孔为通孔，且第二螺纹孔的轴向垂直于试样端面夹槽侧面；所述的试样端面夹槽两侧面为平行面；所述的试样端面夹槽底面与试样端面夹槽的两个侧面相垂直；

所述的圆柱环部件分别与圆柱部件、侧面夹具及端面夹具间隙配合，且圆柱环部件的轴向高度低于圆柱部件、侧面夹具及端面夹具。

一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具的使用方法，它是按以下步骤进行：

一、将平面玻璃置于水平桌面上，然后将砂纸置于平面玻璃上；

二、利用透明双面胶，将长条试样沿长度方向的一侧平面粘于圆柱部件端面，再将圆柱部件套入圆柱环部件内部，然后将粘有长条试样的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件径向力使其在砂纸上前后推动；

所述的长条试样的材质为脆性热电材料；所述的透明双面胶厚度小于等于0.1mm；

三、将步骤二中打磨的一侧表面粘于圆柱部件端面，并按步骤二重复，得到具有两个平行面的试样；

四、取下具有两个平行面的试样，并放置于侧面夹具的试样侧面夹槽中，且试样的平行面与第一螺纹孔的轴向垂直，采用机米螺丝旋紧具有两个平行面的试样，使得固定后的试样垂直于第一圆柱体轴向的一侧表面高于第一圆柱体设置试样侧面夹槽的端面，且在具有两个平行面的试样与机米螺丝之间设置垫块，再将侧面夹具套入圆柱环部件内部，然后将设有试样侧面夹槽的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件径向力使其在砂纸上前后推动；

五、将步骤四中打磨的一侧表面粘于圆柱部件端面，并按步骤二重复，得到具有四个垂直面的试样；

六、取下具有四个垂直面的试样，并放置于端面夹具的试样端面夹槽中，且试样的垂直面与第二螺纹孔的轴向垂直，采用机米螺丝旋紧具有四个垂直面的试样，使得固定后的试样垂直于第一圆柱体轴向的一侧表面高于第二圆柱体端面，且在具有四个垂直面的试样与机米螺丝之间设置垫块，再将端面夹具套入圆柱环部件内部，然后将试样表面高于第二圆柱体端面的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件径向力使其在砂纸上前后推动；

七、将步骤六中打磨面的背面按步骤六重复，得到脆性热电材料长方体试样。

本发明的有益效果是：

采用本发明磨制脆性热电材料长方体试样的夹具及其使用方法，所得的热电材料长方体试样，各相邻平面均呈垂直关系，且尺寸精确度高，在不同位置多次测量长、宽及高，不同位置测得的长度最大值与最小值之差值小于等于0.01mm，不同位置测得的宽度最大值与最小值之差值小于等于0.01mm，不同位置测得的高度最大值与最小值之差值小于等于0.01mm。保证了试样夹持的稳定性和电阻率测量的精确性。

本发明用于一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具及其使用方法。

附图说明

图1为本发明圆柱环部件的结构示意图；

图2为本发明圆柱部件的结构示意图；

图3为本发明侧面夹具的结构示意图；

图4为本发明端面夹具的结构示意图；

图5为本发明圆柱部件安装试样的结构示意图；

图6为本发明圆柱部件与圆柱环部件配合使用的结构示意图；

图7为本发明侧面夹具安装试样的结构示意图；

图8为本发明侧面夹具与圆柱环部件配合使用的结构示意图；

图9为本发明端面夹具安装试样的结构示意图；

图10为本发明端面夹具与圆柱环部件配合使用的结构示意图；

图11为实施例一制备的脆性热电材料长方体试样的实物图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-4具体说明，本实施方式一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具包括圆柱环部件1、圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4；

所述的圆柱环部件1的端面与轴向垂直；

所述的侧面夹具3由第一圆柱体3-1一侧端面上试样侧面夹槽3-4、第一配重槽3-3及螺丝槽3-2形成；所述的试样侧面夹槽3-4沿第一圆柱体3-1径向方向设置，并延径向方向贯穿第一圆柱体3-1；所述的螺丝槽3-2侧面平行于试样侧面夹槽3-4侧面，且螺丝槽3-2侧面上设置多个第一螺纹孔3-6，所述的第一螺纹孔3-6为通孔，且第一螺纹孔3-6的轴向垂直于试样侧面夹槽3-4侧面；所述的试样侧面夹槽3-4的两个侧面为平行面，所述的试样侧面夹槽3-4底面与试样侧面夹槽3-4的两个侧面相垂直；试样侧面夹槽3-4底面设置与第一螺纹孔3-6位置对应且半径相同的半圆螺纹槽3-5；

所述的端面夹具4由第二圆柱体4-1外圆周面上试样端面夹槽4-2、第二配重槽4-3及平面4-4形成；所述的试样端面夹槽4-2沿第二圆柱体4-1轴向方向设置，并延轴向方向贯穿第二圆柱体4-1；所述的平面4-4平行于试样端面夹槽4-2侧面，且平面4-4上设置多个第二螺纹孔4-5，所述的第二螺纹孔4-5为通孔，且第二螺纹孔4-5的轴向垂直于试样端面夹槽4-2侧面；所述的试样端面夹槽4-2两侧面为平行面；所述的试样端面夹槽4-2底面与试样端面夹槽4-2的两个侧面相垂直；

所述的圆柱环部件1分别与圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4间隙配合，且圆柱环部件1的轴向高度低于圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4。

第一配重槽3-3及第二配重槽4-3用来平衡重量损失，使得侧面夹具3及端面夹具4重心落于轴线上。

本具体实施方式的有益效果是：采用本具体实施方式磨制脆性热电材料长方体试样的夹具及其使用方法，所得的热电材料长方体试样，各相邻平面均呈垂直关系，且尺寸精确度高，在不同位置多次测量长、宽及高，不同位置测得的长度最大值与最小值之差值小于0.01mm，不同位置测得的宽度最大值与最小值之差值小于0.01mm，不同位置测得的高度最大值与最小值之差值小于0.01mm。保证了试样夹持的稳定性和电阻率测量的精确性。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的圆柱环部件1、圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4的材质均为不锈钢。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图5-10具体说明，本实施方式一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具的使用方法，它是按以下步骤进行：

一、将平面玻璃置于水平桌面上，然后将砂纸置于平面玻璃上；

二、利用透明双面胶6，将长条试样5-1沿长度方向的一侧平面粘于圆柱部件2端面，再将圆柱部件2套入圆柱环部件1内部，然后将粘有长条试样的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件1径向力使其在砂纸上前后推动；

所述的长条试样5-1的材质为脆性热电材料；所述的透明双面胶6厚度小于等于0.1mm；

三、将步骤二中打磨的一侧表面粘于圆柱部件2端面，并按步骤二重复，得到具有两个平行面的试样5-2；

四、取下具有两个平行面的试样5-2，并放置于侧面夹具3的试样侧面夹槽3-4中，且试样的平行面与第一螺纹孔3-6的轴向垂直，采用机米螺丝8旋紧具有两个平行面的试样5-2，使得固定后的试样垂直于第一圆柱体3-1轴向的一侧表面高于第一圆柱体3-1设置试样侧面夹槽3-4的端面，且在具有两个平行面的试样5-2与机米螺丝8之间设置垫块7，再将侧面夹具3套入圆柱环部件1内部，然后将设有试样侧面夹槽3-4的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件1径向力使其在砂纸上前后推动；

五、将步骤四中打磨的一侧表面粘于圆柱部件2端面，并按步骤二重复，得到具有四个垂直面的试样5-3；

六、取下具有四个垂直面的试样5-3，并放置于端面夹具4的试样端面夹槽4-2中，且试样的垂直面与第二螺纹孔4-5的轴向垂直，采用机米螺丝8旋紧具有四个垂直面的试样5-3，使得固定后的试样垂直于第一圆柱体3-1轴向的一侧表面高于第二圆柱体4-1端面，且在具有四个垂直面的试样5-3与机米螺丝8之间设置垫块7，再将端面夹具4套入圆柱环部件1内部，然后将试样表面高于第二圆柱体4-1端面的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件1径向力使其在砂纸上前后推动；

七、将步骤六中打磨面的背面按步骤六重复，得到脆性热电材料长方体试样。

原理：试样在竖直方向上仅受圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4竖直向下的压力和平面玻璃向上的支撑力；水平方向上仅受圆环部件1的水平推力和砂纸的摩擦力，水平推力和摩擦力严格平行于玻璃平面，无竖直方向上的分量。因此，试样各部位在竖直方向上受力均匀，磨制出的平面与粘胶带的一面平行若是手持试样摩擦，手施加在试样上的力斜向下，存在竖直方向的分量，沿摩擦方向试样前后部位受力不均，磨出的平面很难与对面平行。

步骤一中根据所需表面粗糙度，砂纸可由小号到大号依次更换。

本具体实施方式制备的脆性热电材料长方体试样各相邻平面均呈垂直关系，且满足需要的粗糙度。

本具体实施方式根据长条试样的材质硬度不同，步骤二、步骤四及步骤六中的推动次数可能不同，当本具体实施方得到的脆性热电材料长方体试样测得的精度无法达到标准时，可按本具体实施方式重复操作。

本具体实施方式步骤四及六中所述的垫块7可防止试样破碎。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中所述的砂纸为400目～3000目的砂纸。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四之一不同的是：步骤二中所述的长条试样5-1为线切割机预先切出的长条试样。其它与具体实施方式三或四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤七中所述的脆性热电材料长方体试样长度为8mm～12mm，步骤七中所述的脆性热电材料长方体试样高及宽均为2mm～3mm。其它与具体实施方式三或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤二中所述的透明双面胶6为3M透明双面胶。其它与具体实施方式三至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤二中所述的脆性热电材料为SnTe、PbTe、GeTe、SiGe、Mg2Si或方钴矿。其它与具体实施方式三至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤四中机米螺丝8旋紧后，垫块7端面低于第一圆柱体3-1设置试样侧面夹槽3-4的端面。其它与具体实施方式三至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤六中机米螺丝8旋紧后，垫块7端面低于第二圆柱体4-1的端面。其它与具体实施方式三至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

结合图1～10具体说明，一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具包括圆柱环部件1、圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4；

所述的圆柱环部件1的端面与轴向垂直；

所述的侧面夹具3由第一圆柱体3-1一侧端面上试样侧面夹槽3-4、第一配重槽3-3及螺丝槽3-2形成；所述的试样侧面夹槽3-4沿第一圆柱体3-1径向方向设置，并延径向方向贯穿第一圆柱体3-1；所述的螺丝槽3-2侧面平行于试样侧面夹槽3-4侧面，且螺丝槽3-2侧面上设置多个第一螺纹孔3-6，所述的第一螺纹孔3-6为通孔，且第一螺纹孔3-6的轴向垂直于试样侧面夹槽3-4侧面；所述的试样侧面夹槽3-4的两个侧面为平行面，所述的试样侧面夹槽3-4底面与试样侧面夹槽3-4的两个侧面相垂直；试样侧面夹槽3-4底面设置与第一螺纹孔3-6位置对应且半径相同的半圆螺纹槽3-5；

所述的端面夹具4由第二圆柱体4-1外圆周面上试样端面夹槽4-2、第二配重槽4-3及平面4-4形成；所述的试样端面夹槽4-2沿第二圆柱体4-1轴向方向设置，并延轴向方向贯穿第二圆柱体4-1；所述的平面4-4平行于试样端面夹槽4-2侧面，且平面4-4上设置多个第二螺纹孔4-5，所述的第二螺纹孔4-5为通孔，且第二螺纹孔4-5的轴向垂直于试样端面夹槽4-2侧面；所述的试样端面夹槽4-2两侧面为平行面；所述的试样端面夹槽4-2底面与试样端面夹槽4-2的两个侧面相垂直；

所述的圆柱环部件1分别与圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4间隙配合，且圆柱环部件1的轴向高度低于圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4。

所述的圆柱环部件1、圆柱部件2、侧面夹具3及端面夹具4的材质均为不锈钢。

上述一种磨制脆性热电材料长方体试样的夹具的使用方法，它是按以下步骤进行：

一、将平面玻璃置于水平桌面上，然后将砂纸置于平面玻璃上；

二、利用透明双面胶6，将长条试样5-1沿长度方向的一侧平面粘于圆柱部件2端面，再将圆柱部件2套入圆柱环部件1内部，然后将粘有长条试样的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件1径向力使其在砂纸上前后推动10次～30次；

所述的长条试样5-1的材质为脆性热电材料；

三、将步骤二中打磨的一侧表面粘于圆柱部件2端面，并按步骤二重复，得到具有两个平行面的试样5-2；

四、取下具有两个平行面的试样5-2，并放置于侧面夹具3的试样侧面夹槽3-4中，且试样的平行面与第一螺纹孔3-6的轴向垂直，采用机米螺丝8旋紧具有两个平行面的试样5-2，使得固定后的试样垂直于第一圆柱体3-1轴向的一侧表面高于第一圆柱体3-1设置试样侧面夹槽3-4的端面，且在具有两个平行面的试样5-2与机米螺丝8之间设置垫块7，再将侧面夹具3套入圆柱环部件1内部，然后将设有试样侧面夹槽3-4的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件1径向力使其在砂纸上前后推动10次～30次；

五、将步骤四中打磨的一侧表面粘于圆柱部件2端面，并按步骤二重复，得到具有四个垂直面的试样5-3；

六、取下具有四个垂直面的试样5-3，并放置于端面夹具4的试样端面夹槽4-2中，且试样的垂直面与第二螺纹孔4-5的轴向垂直，采用机米螺丝8旋紧具有四个垂直面的试样5-3，使得固定后的试样垂直于第一圆柱体3-1轴向的一侧表面高于第二圆柱体4-1端面，且在具有四个垂直面的试样5-3与机米螺丝8之间设置垫块7，再将端面夹具4套入圆柱环部件1内部，然后将试样表面高于第二圆柱体4-1端面的一端朝下并置于砂纸上，给圆柱环部件1径向力使其在砂纸上前后推动10次～30次；

七、将步骤六中打磨面的背面按步骤六重复，得到脆性热电材料长方体试样。

步骤一中所述的砂纸为800目；

步骤二中所述的长条试样5-1为线切割机预先切出的长条试样；

步骤二中所述的长条试样5-1长度为12mm～12.7mm，步骤二中所述的长条试样高及宽均为2.8～3.0mm；

步骤二中利用厚度为0.1mm的3M透明双面胶；

步骤二中所述的脆性热电材料为SnTe；

步骤四中机米螺丝8旋紧后，垫块7端面低于第一圆柱体3-1设置试样侧面夹槽3-4的端面；

步骤六中机米螺丝8旋紧后，垫块7端面低于第二圆柱体4-1的端面。

图11为实施例一制备的脆性热电材料长方体试样的实物图，利用游标卡尺，在脆性热电材料长方体试样的不同位置多次测量长、宽及高，且测试点均布试样表面，测得长度值分别为2.281mm、2.284mm及2.290mm，经计算长度最大值与最小值之差为0.009mm，测得宽度值分别为2.220mm、2.221mm及2.225mm，经计算宽度最大值与最小值之差为0.005mm，测得高度值分别为11.482mm、11.485mm及11.489mm，经计算高度最大值与最小值之差为0.007mm。