纳米压入仪用冷却平台的制作方法

本实用新型涉及一种试验装置，特别涉及纳米压入仪用冷却平台。

背景技术：

纳米压入测量是近几年兴起的一种新技术，广泛应用于许多科学领域。它由连续记录压入的载荷和深度来测定硬度和弹性模量等相关参数。这种技术可从载荷和深度测量中间接换算出接触面积，避免寻找压痕位置和测量参与压痕面积的繁琐劳动，显著减小测量误差。与传统的材料试验机相比，该技术不需要破坏材料，同时测量的精度也提高了，测量的范围更加广泛。随着纳米材料的制备和加工技术的发展，越来越多材料的研究尺寸进入微纳米尺度。目前在各种领域使用的冷却平台很多，但是一直没有一种温度控制精确而且稳定的纳米压入仪用制冷平台，在低温下来研究材料的性能。主要原因在于温度的稳定性控制不好，以及在低温环境下要克服表面的霜冻对实验造成的影响。

为了研究低温对材料力学性能的影响，通过将试样置于低温下再借助纳米压入仪来研究试样的力学性能，并且只能适用于较小尺寸试样的问题。同时由于此装置要配置在已有的商用纳米压入仪中，而温度变化导致的热漂移会影响纳米压入仪测量结果的准确性。例如一般的金属材料的热膨胀系数是10^-6/°C-10^-5/°C,假设压头和压杆的总长是10^-1m，温度波动0.1°C引起的长度的变化约10nm。因此我们可以估算出常规压入时间下，温度引起的热漂移的数量级（伸缩量）在几十个纳米，当我们压入深度在几百纳米时，伸缩量/压入深度为1%，基本满足测试要求。因此对于此装置的温度稳定性要求非常高。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，提供一种纳米压入仪用冷却平台，这种冷却平台结构合理，能有效控制试样的温度。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

纳米压入仪用冷却平台，包括底座，底座前端开口，升降台嵌入底座内，升降台的前端面与底座通过拐角结构配合；散热铜排嵌入升降台中，制冷片发热端与散热铜排接触，制冷片的制冷端与热电偶接触，热电偶与载物台接触，隔热螺栓将载物台、热电偶、制冷片及散热铜排固定在升降台上。

上述的纳米压入仪用冷却平台，在底座上开设有U形槽，制冷片及热电偶的连接线置于U型线槽中。

上述的纳米压入仪用冷却平台，在底座侧壁开设腰型孔，在升降台上设有螺纹孔，调节螺栓通过腰型孔与升降台的螺纹孔配合。

本实用新型提出了一种能稳定控制低温且可调节高度的冷却平台。制冷片具有通电后在两级产生温差的特性，其中发热端的热量由散热铜排中的冷媒带走，制冷端将低温传递到实验样品上，当制冷片工作一段时间，两端的温度差趋于稳定，从而使得实验试样处于稳定的低温环境中。

本装置已做过大量实验，在10分钟内可以保证温度波动在0.1°C以内，满足实验要求，而常规压入时间为2分钟。本实验在纳米压入仪密闭的箱体中进行，期间通入氩气气体，排出空气，以解决试样表面结霜的问题。

附图说明

图1是本实用新型装置的整体结构爆炸示意图。

图2是本实用新型装置整体结构示意图。

图中标记为：1底座，2拐角结构中升降台缺口的垂直前端面，3腰型孔，4升降台，5热电偶，6载物台，71隔热螺栓，72调节螺栓，8制冷片，9散热铜排，10为U型线槽，11拐角结构中底座前端面的垂向凸台。

具体实施方式

参照附图，纳米压入仪用冷却平台，包括底座1，底座前端开口，升降台4嵌入底座内，升降台的前端面与底座通过拐角结构配合；散热铜排9嵌入在升降台中，制冷片8发热端与散热铜排接触，制冷片的制冷端与热电偶5接触，热电偶与载物台6接触，隔热螺栓71将载物台、热电偶、制冷片及散热铜排固定在升降台上；在底座上开设有U形槽10，制冷片及热电偶的连接线置于U型线槽中；在底座侧壁开设腰型孔3，在升降台上设有螺纹孔，调节螺72栓通过腰型孔与升降台的螺纹孔配合。

由于底座是一端开口的结构，用于与散热铜排配合部件的安装。

拐角结构的设计，使得升降台与底座之间通过拐角与后端面抵触配合，使两者不会发生前后倾覆，保证升降台与底座的垂直高度调节。拐角结构即在底座的前端面设置一垂向的凸台，在升降台上开设与凸台配合的缺口，使缺口的垂直的前端面2与凸台的垂直端面配合，结合升降台与底座的后端面的垂直平面的配合，从而可防止升降台的前后倾覆。

腰型孔的设置，使螺栓能在腰型孔内上下移动，可方便地调节升降台在底座上的高度。松开螺栓，即可上下移动升降台，当升降台到达合适的高度时，再旋紧螺栓在底座上固定升降台。

本实用新型中所用的隔热螺栓，其材质不是易导热的铁质材料制作的，而是通常由橡胶进行制作的，可以有效地隔热，也就是说隔热螺栓是用热的不良导体制作的。

本实施例中温度可控：0°C - -50 °C，直流电源：12V，6A。

工作原理：通过底座上的腰型孔，旋松调节螺栓调整升降台的高度。对制冷片通电，两端就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。其中，发热端温度急剧升高，热量传递到散热铜排，散热铜排中流通冷水，冷水由小型冷水机供应，冷水循环带走制冷片产生的热量，冷水的温度在5°C到35°C之间可调。制冷端温度下降，直接导致载物台温度下降，并使得粘合在载物台上的试样温度下降，随着时间的推移，制冷片两端的温差趋于稳定，试样就处于稳定的低温环境中。

通过改变直流电流的大小以来控制制冷的温度，从而调节实验样品的温度，最终通过纳米压入仪来测定试样的力学性能。