УСТРОЙСТВО СКРАЙБИРОВАНИЯ

Заявляемое решение относится к области определения физико-механических характеристик материалов, в частности к устройствам для микромеханических испытаний материалов.
Уровень развития техники известен из решения [Патент РФ на изобретение №2147737 опубл. Бюл. №11 от 20.04.2000], где устройство маятникового скрайбирования содержит предметный столик, на котором размещен исследуемый образец и маятниковый узел, установленный в вертикальных стойках. Столик и стойки смонтированы на основании. Маятниковый узел содержит ось качания, установленную в стойках, маятник, несущий сменный груз, индентор и механизм регулирования вылета индентора, то есть длины маятника.
Недостатком указанного решения является отсутствие возможности регулирования глубины внедрения индентора на величину, меньшую, чем позволяет микромеханический механизм регулирования длины маятника.
Техническим результатом предложенного решения является обеспечение возможности регулирования длины маятника на величины, меньшие микрометра.
Указанная цель достигается за счет использования явления расширения (удлинения) металлических тел при нагреве. Данный эффект реализуется за счет того, что маятник снабжен нагревательным элементом.
Таким образом, заявляемое решение, как и прототип, содержит маятниковый узел, на котором установлен индентор. Однако, заявляемое решение отличается от прототипа тем, что маятник снабжен нагревательным элементом.
к
н
На фиг. 1 представлена схема устройства скрайбирования, на фиг. 2 показана зависимость длины маятника от температуры нагрева маятника, на фиг. 3 приведена схема достижения глубины скрайбирования h, отличающейся от первоначальной глубины h на глубину Δl, обусловленную температурным воздействием на материал маятника.
Устройство содержит основание 1, на котором смонтированы стойки 2 и предметный столик 3, имеющий возможность перемещения в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных направлениях. На предметном столике установлен испытуемый образец (заготовка) 4. В стойках 2 с возможностью поворота установлена ось 5, несущая металлический маятник 6, снабженный устройством 7 микромеханического перемещения индентора 8 для достижения длины l маятника 6. Дополнительно устройство снабжено устройством нагрева маятника 6, например, в виде электрической спирали 9, которая подключена к электрической сети и снабжена контрольными приборами.
Работает устройство следующим образом: пусть маятник отведен от исходного вертикального положения на некоторый угол φ. При этой длине l маятника 6 при движении маятника под действием силы веса на образце 4 индентор 8 будет оставлять след скрайбирования (царапину), глубина которого будет переменной по длине следа, а именно - при входе маятника в материал образца глубина будет минимальной, затем она будет возрастать до максимального значения (при вертикальном положении маятника), а далее она будет убывать до нулевого значения с последующим выходом индентора из материала образца. Предположим, что данной глубины следа скрайбирования оказалось недостаточно, пусть требуется увеличить глубину на долю микрона, например на 100 нм, обеспечить соответствующие увеличения длины l, за счет микромеханического механизма 7 невозможно. Дальнейшее увеличение длины маятника осуществляется за счет нагрева электрической спирали.
1
1
1
н
k
1
2
2
2
Работа устройства состоит в следующем. Заранее тарируют устройство для определения величины Δl удлинения маятника в зависимости от подаваемого на спираль 9 напряжения электрической сети, фиг. 2. По полученной зависимости определяют искомую величину напряжения, подача которой на спираль 9 приведет к нагреву маятника 6 до некоторой температуры, обеспечивающей удлинение маятника на длину 100 нм. Маятник 6 отводят на исходное положение, отпускают, он взаимодействует с заготовкой на глубине больше предыдущей на 100 нм. К примеру, при подаче напряжения U на спираль на маятнике будет достигнута температура T, что приведет к удлинению маятника на величину Δl и, соответственно, к увеличению (фиг. 3) глубины h+Δl=h скрайбирования на эту же величину Δl. Либо при подаче напряжения U на спираль маятник получает нагрев до температуры T, что, соответственно, приводит к удлинению маятника на Δl.