微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法及试验装置与流程

技术特征：
1.一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将块状试样加工成悬臂型试样，所述悬臂型试样包括依次连接的试样支撑部、试样共振疲劳试验部和试样测振部，所述试样共振疲劳试验部设置于所述试样支撑部顶部的一侧，所述试样测振部设置于所述试样共振疲劳试验部远离所述试样支撑部的一侧，所述试样支撑部、所述试样测振部和所述试样共振疲劳试验部的宽度和厚度均依次减小，并使得所述试样支撑部固定于硅衬底上；步骤二、将带有所述悬臂型试样的所述硅衬底固定于叠层压电致动器的顶面上，通过数据控制系统控制所述叠层压电致动器使得所述悬臂型试样运动至测量的位置，通过所述数据控制系统控制非接触式加热装置采用热辐射的形式对所述悬臂型试样进行加热；步骤三、通过所述数据控制系统控制激振装置采用原位电场诱导共振的激振方式使得所述悬臂型试样振动，采用激光多普勒测振仪对所述悬臂型试样中所述试样共振疲劳试验部靠近所述试样支撑部一端和所述试样测振部远离所述试样共振疲劳试验部一端进行测试，并将测得的数据传送至所述数据控制系统。2.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤一中，将所述块状试样在sem下利用fib切削成棱柱型微尺度试样，用真空镊子将所述棱柱型微尺度试样放置在所述硅衬底上，并利用粘合剂将所述棱柱型微尺度试样固定于所述硅衬底上；再次利用fib将所述棱柱型微尺度试样的一端切削为悬臂梁，将所述棱柱型微尺度试样的另一端切削为所述试样支撑部，使得所述悬臂梁的顶面与所述试样支撑部的顶面齐平；继续利用fib将所述悬臂梁靠近所述试样支撑部的一端切削为所述试样共振疲劳试验部，所述悬臂梁未被切削的远离所述试样支撑部的另一端为所述试样测振部，使得所述试样共振疲劳试验部的顶面与所述试样测振部的顶面齐平，使得所述试样共振疲劳试验部的一端位于所述试样测振部一侧的中部，所述试样共振疲劳试验部的另一端位于所述试样支撑部一侧的中部；在步骤二中，在所述叠层压电致动器的顶面上设置样品托台，将带有所述悬臂型试样的所述硅衬底通过粘合剂固定于所述样品托台上，使用过程中对所述样品托台进行冷却。3.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤二中，所述非接触式加热装置包括加热头、加热装置接口、非接触式温度传感器和温度控制器，所述加热头包括两个安装板和两个电加热丝，两个所述安装板设置于所述加热装置接口的同一侧，两个所述安装板之间存在间隙且对称设置，各所述安装板的内侧设置有一个所述电加热丝，对所述悬臂型试样加热时使得所述试样测振部位于两个所述电加热丝之间，且两个所述安装板位于同一水平面上，所述电加热丝通过所述加热装置接口与所述温度控制器连接，所述非接触式温度传感器用于测量所述试样测振部表面的温度，所述非接触式温度传感器与所述温度控制器连接，所述温度控制器与所述数据控制系统连接，所述加热装置接口远离所述加热头的一侧设置有加热装置托台，使用过程中对所述加热装置托台进行冷却。4.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤三中，所述激振装置包括对电极和合成信号发生器，所述对电极与所述合成信号发生器连接，所述合成信号发生器与所述数据控制系统连接，将所述对电极设置于所述试样测振部远离所述试样共振疲劳试验部的一侧，通过所述合成信号发生器在所述悬臂型试样
和所述对电极之间施加一个叠加在直流偏置电压上的正弦交流小信号，通过调整所述正弦交流小信号的频率，当所述正弦交流小信号的频率与所述悬臂型试样的机械共振频率相匹配时，所述悬臂型试样会产生一个峰值共振振动。5.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤三中，所述激光多普勒测振仪包括激光发射器、光电探测器和振动控制器，所述光电探测器设置于所述激光发射器的下部，所述激光发射器和所述光电探测器均与所述振动控制器连接，所述振动控制器与所述数据控制系统连接，使用时所述激光发射器发射激光束到所述悬臂型试样的表面，所述光电探测器将测得的数据通过所述振动控制器传至所述数据控制系统。6.一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验装置，其特征在于，包括叠层压电致动器、激光多普勒测振仪、非接触式加热装置、激振装置和数据控制系统，所述叠层压电致动器、所述激光多普勒测振仪、所述非接触式加热装置和所述激振装置均与所述数据控制系统连接，所述叠层压电致动器用于驱动悬臂型试样运动至测量的位置，所述非接触式加热装置用于对所述悬臂型试样进行非接触式加热，所述激振装置用于激励所述悬臂型试样振动，所述激光多普勒测振仪用于对所述悬臂型试样进行测量。7.根据权利要求6所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验装置，其特征在于，所述非接触式加热装置包括加热头、加热装置接口、非接触式温度传感器和温度控制器，所述加热头包括两个安装板和两个电加热丝，两个所述安装板设置于所述加热装置接口的同一侧，两个所述安装板之间存在间隙且对称设置，各所述安装板的内侧设置有一个所述电加热丝，所述电加热丝通过所述加热装置接口与所述温度控制器连接，所述非接触式温度传感器用于测量所述悬臂型试样表面的温度，所述非接触式温度传感器与所述温度控制器连接，所述温度控制器与所述数据控制系统连接；所述加热装置接口远离所述加热头的一侧设置有加热装置托台，所述加热装置托台中设置有第一冷却通道，所述加热装置托台的同一侧设置有一个第一进水口和一个第一出水口，所述第一冷却通道的两端分别与所述第一进水口和所述第一出水口连接；所述安装板为弧形板，两个所述安装板的凹面相对设置，所述电加热丝设置于所述安装板内侧远离所述加热装置接口的一端，所述电加热丝沿所述安装板的长度方向延伸设置，所述电加热丝为弧形加热丝。8.根据权利要求7所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验装置，其特征在于，所述叠层压电致动器的顶面上设置有样品托台，所述样品托台中设置有第二冷却通道，所述样品托台的同一侧设置有一个第二进水口和一个第二出水口，所述第二冷却通道的两端分别与所述第二进水口和所述第二出水口连接。9.根据权利要求7所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验装置，其特征在于，所述激振装置包括对电极和合成信号发生器，所述对电极与所述合成信号发生器连接，所述合成信号发生器与所述数据控制系统连接；所述激光多普勒测振仪包括激光发射器、光电探测器和振动控制器，所述激光发射器和所述光电探测器均与所述振动控制器连接，所述振动控制器与所述数据控制系统连接。10.根据权利要求9所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验装置，其特征在于，还包括接线盒，所述叠层压电致动器、所述温度控制器、所述合成信号发生器和所述振动控制器均通过所述接线盒与所述数据控制系统连接。

技术总结
本发明公开一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法及试验装置，涉及集成电路芯片技术领域，采用悬臂型试样，通过在悬臂型试样的一端保留试样测振部来抑制试样的高谐振频率，并能够准确调控试样整体的谐振频率。通过激振装置激励的方式，使得微纳尺度试样可以进行高周循环加载，而无需接触。并用激光多普勒测振仪在悬臂型试样的两处取点测量。采用非接触式加热装置，利用热辐射的方式对悬臂型试样加热，避免影响悬臂型试样的振动，从而可以在原位测试中对微纳尺度试样进行无支撑衬底、无残余应力、无接触以及加热条件下的完全反向循环加载，从而完成微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验，提升了试验结果的准确度。提升了试验结果的准确度。提升了试验结果的准确度。


技术研发人员：闫亚宾 轩福贞 王晓媛 高阳 李晟 李振凯
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/10/19