一种新型纳米硬度检测装置的研究

　　1前言

　　微纳米硬度的测量是利用显微力学探针法来连续记录载荷、压深数据，囚此叫以得到条压深随载荷变化的曲线，载荷一压深曲线给出了很多关于材料本身的信息，显微力学探针的大部分实验结果是通过分析这条曲线得出的、图1为典刑的载荷一压深曲线。

　　微纳米硬度的确定是通过最大载荷与接触而积的投影关系获得的，其具体理论方法如下:

　　根据Oli ver-Pharx，方法，采用如下幂函数来拟介载荷一位移曲线的卸载部分:

　　式中，P为作用在试样上的载荷,B和rn为通过经验测量获得的拟介参数，弹性接触刚度就叫以根据式(1)的微分计算出:

　　在压头压入试样的过程中，压痕深度为h，产生了同压头形状相致的压痕接触深度h,和接触圆半径cc，在压头退出的过程中，弹性位移恢复，残余深度为h}。对于弹性接触，接触深度总是小于总的压痕深度。Oliver等研究了抛物而形压头的接触深度、总的压痕深度和卸载后的残余深度的关系:

　　式中二为与压头形状有关的参数;对于球形或二棱锥形(Berkovich )压头，二=0.75。接触而积的投影uJ根据经验公式A=f (h, )计算出。实际压头的接触而积般表示为个级数:

　　根据弹性接触理论，试样的硬度H叫表示为:

　　2微纳米硬度检测系统设计

　　研究微驱动装置的关键在于3个方而:驱动方式、位移的测量和力的测量。当前微驱动方式有:压电驱动、静电驱动、液压驱动、热驱动、摩擦驱动和电磁驱动。选用电磁驱动方式，通过对磁铁一线圈优化设计得到电一磁力的线性关系以后，通过对电流大小的控制叫以很好地进行力的控制，从而叫以事先知道所加力的大小，解决了微小力测量的困难;磁力作用下，拉杆能实现自动对中，消除了横向力的影向，并减小了振动。

　　由于电容传感器具有调试简单、信号易于转换检测的特点，所以本文位移的检测采用变距离式的电容传感器，动极板安装在传递轴上，定极板安装在周围主体部件上。当电磁力驱动传递轴运动时，极板间的距离发生变化，从而引起电容的变化。

　　2.1微纳米硬度检测系统加载装置的研制

　　本系统加载装置采用电磁驱动方式，位移检测采用变距离式的电容传感器。为了便于封装，采用了单电容的设计，两电容片表而均经过研磨，以降低接触表而粗糙度。对线圈的设计，采用优化系数“，即a}=2,/3=1/2}},=1。选取}},=0.008 m,1=0.016 m。山于衫钻永久磁铁具有稳定性好、剩磁高、小易退磁等优点，所以永久磁铁采用衫钻磁铁YX(,30 ,剩磁为LOST,基本尺寸为}p 12 mmx12 mm,中f}J有}p 4mm I均通孔。