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一种软材料力学性能测量装置及方法

1395    2020-08-12    发布者:中国测试杂志社    来源:国家科学技术奖励工作办公室,专利之星

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       "高密度高可靠电子封装关键技术及成套工艺"项目为2020年度国家科学技术奖初评通过项目(机械组,一等奖),一种软材料力学性能测量装置及方法,作为该项目的关键成果之一,其包括音圈电机1、控制器2、计算机3、平移台4和CCD摄像机8,音圈电机安装于台架5,控制器2与电源转换模块3相连,该电源转换模块3和计算机6 由同一电源9供电,其由控制器控制,其包括设于其内部的栅尺、力传感器和主轴,控制器与计算机相连,其根据计算机发送的指令驱动音圈电机沿竖直方向做直线运动,并将光栅尺和力传感器获取的主轴的位移和载荷数据发送至计算机,以获得待测软材料的载荷?位移关系;平移台设于音圈电机的下方,其用于放置软材料,在软材料的一侧设置有CCD摄像机,该CCD摄像机用于拍摄软材料加压前后的变形图像,并将变形图像传输至计算机中;该方法利用所述测量装置进行测量。该测量装置结构紧凑,功能齐全,具有测量精度高、测量范围广等优点。

       软材料是介于固体和理想流体之间的一类特殊的物质,一般是由大分子或分子团簇组成,它具有柔软性和复杂性两个显著特点。软材料主要包括橡胶、生物组织和液晶,它与我们的日常生活联系非常紧密,与一般的工程材料比起来,软材料具有非常独特的优良特性,如橡胶具有耐腐蚀、柔韧、耐磨、绝热绝缘等优点,在航空航天、生物材料、工业工程与医学等领域具有广泛应用背景。因此,对软材料的测试非常重要,获知软材料的性能之后,便可对号入座使其投入生产发挥应用价值。

       软材料的力学性质较为复杂,比如对外界的微小作用非常敏感,对软物质施加较小载荷就可以产生较大变形,即弱影响引起强变化,且软物质的变形响应具有非线性的特点,包括几何非线性与物理非线性,另外,软物质在接触问题中的接触边界也是非线性的,所以软材料力学性能的测试非常复杂。

       现有技术中对于软材料的力学性能测试有了一些研究方案,例如CN201210319723.9公开的扫描电镜下多用途原位微尺度力学性能测试方法,其采用音圈电机避免了步进电机驱动方式所产生的振动,可进行原位拉伸、压缩、弯曲及疲劳力学性能测试。然而该方法获得力的数据需外加一个力传感器,且需通过扫描电镜获取疲劳裂纹情况,同时针对不同长度的试样需设计滑块与滑槽,结构复杂,操作不便。

       针对现有技术的以上缺陷或改进需求,提供了一种软材料力学性能测量装置及方法,其通过音圈电机来实现加载与数据的采集,并利用计算机发送指令驱动音圈电机运动,通过音圈电机的主轴接触实验样品,对样品施加一定的载荷,获取位移与载荷数据,并结合数字图像对软材料作进一步测量,得到材料更全面的力学性能参数,具有测量精度高,测量范围广等优点,适用于多种软材料的多种力学性能的测。


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