一种脆性材料原位拉伸小试件加固模具及其使用方法

本发明属于材料工程实验领域，尤其涉及一种脆性材料原位拉伸小试件加固模具及其使用方法。

背景技术：

1、随着微观原位力学测试技术在现代材料研究领域的不断发展，人们已经可以借助该技术从微观层面对材料的力学性能进一步认知，该技术可以帮助人类从微观尺度直接观察试样件在发生各种力学行为时的变形情况，并进行原位微观力学性能表征。原位拉伸测试技术就是原位力学测试技术中的一种，在金属材料、复合材料等领域具有十分重要的作用。该技术借助扫描电镜和原位拉伸台，帮助人类观察在微观尺度下试样件受到拉伸时表面的滑移带产生、裂纹扩张等动态变化，定量确定试样件所属材料的杨氏模量、强度极限等力学性能，并在整个测试过程中对试样件的变形过程提供精确图像，增强了表征实验材料力学性能与其微观结构关系的能力。

2、现有的原位拉伸测试技术对试样件的夹持一般通过原位拉伸台固有的夹具实现，即将试样件安装与夹具中，再放入拉伸台安置夹具的凹槽中，形成自锁防止松动。

3、现有技术所采取的方案，具有如下缺陷：

4、一、难以避免原有夹具对试样件提供的剪力，实验无法提供纯拉伸载荷。尽管测试装置安装夹具的凹槽、夹具与试样件三者可以配合安装，形成机械自锁，但由于夹具与试样件紧密配合，夹具本身刚度又很大，会导致在拉伸过程中大刚度夹具为防止试样件松动而提供较大剪力，影响实验结果。

5、二、试样件夹持段与试验段交界处应力集中程度较大，在实际测试过程中极易从此处断裂。由于夹具与试样形成的自锁结构，试样件夹持段与试验段交界处易产生应力集中区域。实际测试结果表明，该处应力集中大于试样件试验段处应力集中，因而实验过程中试样件往往从该交界处断裂，导致实验失败。

6、因此，如何最大减小试样件所受剪力，同时对试样件夹持段进行加固，使试样件在测试过程中既能防止松动，又不会因过大剪力或断裂影响实验结果，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种脆性材料原位拉伸小试件加固模具，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

2、为实现上述目的，在一个方面，本发明提供了一种脆性材料原位拉伸小试件加固模具，包括模具本体和模具盖，所述模具本体和模具盖可拆卸配合连接；所述模具本体上开有与原位拉伸测试仪夹具形状和尺寸相匹配的模具凹槽，所述模具凹槽用于放置试样件的夹持段；所述模具凹槽具有朝向模具本体侧面的模具本体凹口，所述模具本体凹口的最低位置高于所述模具凹槽的槽底面，用于支撑所述试样件夹持段与试验段的交界部位。

3、所述模具凹槽的槽底面开有贯通至所述模具本体底面的模具内通孔，所述模具内通孔内沿孔轴向滑动有脱模顶出件。

4、所述模具内通孔设置有两个，两所述模具内通孔以所述模具凹槽的中轴线对称分布。

5、所述模具盖与所述模具本体配合的一面开有与所述模具凹槽形状相同的模具盖凹槽，所述模具盖凹槽的深度小于所述模具凹槽。

6、所述模具本体和模具盖螺纹紧固连接。

7、在另一方面，本发明还提供了上述脆性材料原位拉伸小试件加固模具的使用方法，包括以下步骤：

8、s1、安装试样件；

9、s2、加注加固溶液；

10、s3、试样件夹持段固化形成加固外层；

11、s4、试样件加固后脱模。

12、优选地，步骤s2中的加固溶液为镶嵌粉与溶解液以1:0.8～1的比例调制成的镶嵌粉溶液。

13、优选地，步骤s2中，加固溶液加注到与所述模具本体凹口最低处齐平。

14、优选地，步骤s3中，在25～75℃下静置固化，固化时间为30～90分钟。

15、优选地，步骤s4中，脱模时，对同一模具本体内两个模具内通孔中的脱模顶出件同时操作，使加固后的试样件顶出所述模具凹槽。

16、由上述技术方案可知，本发明提供了一种脆性材料原位拉伸小试件加固模具及其使用方法，具有如下有益效果：

17、本发明所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具，尤其适合对脆性材料sem(scanning electron microscope扫描电子显微镜)内原位拉伸小试件进行加固操作，通过在试样件夹持段制作树脂加固外层保证了试样件在测试过程中不会松动，保护了试样件夹持段与测试段交界处的应力集中区，同时刚度较小的加固外层可以减少试样件所受剪力，保护试样件免受异常断裂，降低了试样件损坏重新制作的成本。

技术特征：

1.一种脆性材料原位拉伸小试件加固模具，其特征在于，包括模具本体(6)和模具盖(1)，所述模具本体(6)和模具盖(1)可拆卸配合连接；所述模具本体(6)上开有与原位拉伸测试仪夹具形状和尺寸相匹配的模具凹槽(3)，所述模具凹槽(3)用于放置试样件(4)的夹持段；所述模具凹槽(3)具有朝向模具本体(6)侧面的模具本体凹口(5)，所述模具本体凹口(5)的最低位置高于所述模具凹槽(3)的槽底面，用于支撑所述试样件(4)夹持段与试验段的交界部位。

2.根据权利要求1所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具，其特征在于，所述模具凹槽(3)的槽底面开有贯通至所述模具本体(6)底面的模具内通孔(7)，所述模具内通孔(7)内沿孔轴向滑动有脱模顶出件(8)。

3.根据权利要求2所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具，其特征在于，所述模具内通孔(7)设置有两个，两所述模具内通孔(7)以所述模具凹槽(3)的中轴线对称分布。

4.根据权利要求1所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具，其特征在于，所述模具盖(1)与所述模具本体(6)配合的一面开有与所述模具凹槽(3)形状相同的模具盖凹槽(2)，所述模具盖凹槽(2)的深度小于所述模具凹槽(3)。

5.根据权利要求1所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具，其特征在于，所述模具本体(6)和模具盖(1)螺纹紧固连接。

6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具的使用方法，其特征在于，步骤s2中的加固溶液为镶嵌粉与溶解液以1:0.8～1的比例调制成的镶嵌粉溶液。

8.根据权利要求6所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具的使用方法，其特征在于，步骤s2中，加固溶液加注到与所述模具本体凹口(5)最低处齐平。

9.根据权利要求6所述的脆性材料原位拉伸小试件加固模具的使用方法，其特征在于，步骤s3中，在25～75℃下静置固化，固化时间为30～90分钟。

技术总结
本发明属于材料工程实验领域，具体公开一种脆性材料原位拉伸小试件加固模具及其使用方法，加固模具包括模具本体和模具盖，模具本体和模具盖可拆卸配合连接；模具本体上开有与原位拉伸测试仪夹具形状和尺寸相匹配的模具凹槽，模具凹槽用于放置试样件的夹持段；模具凹槽具有朝向模具本体侧面的模具本体凹口，模具本体凹口的最低位置高于模具凹槽的槽底面，用于支撑试样件夹持段与试验段的交界部位。本发明通过在试样件夹持段制作树脂加固外层保证了试样件在测试过程中不会松动，保护了试样件夹持段与测试段交界处的应力集中区，同时刚度较小的加固外层可以减少试样件所受剪力，保护试样件免受异常断裂，降低了试样件损坏重新制作的成本。

技术研发人员：林红娇,蔡翔宇,冯涛,温志勋,岳珠峰
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12