從 - 190℃到 1200℃：重光FMS構(gòu)建材料力學(xué)性能的全溫域表征體系

發(fā)布時(shí)間：2025-5-27 點(diǎn)擊次數(shù)：69

在航天器返回艙穿越大氣層時(shí)，外殼材料需承受 - 120℃的太空低溫與 2000℃的氣動(dòng)熱沖擊，同時(shí)抵抗高速氣流的力學(xué)沖刷；在鋰電池快充場(chǎng)景中，電極封裝材料面臨 80℃高溫下的循環(huán)應(yīng)力，微裂紋的萌生可能引發(fā)熱失控。這些極端環(huán)境下的材料性能挑戰(zhàn)，唯有高低溫原位力學(xué)測(cè)試技術(shù)能精準(zhǔn)破解 —— 它如同 “材料的 CT 掃描儀”，在溫度與應(yīng)力的耦合場(chǎng)中，揭示微觀損傷與宏觀性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

一、原位力學(xué)變溫測(cè)試：材料科學(xué)的 “極端環(huán)境顯微鏡”

傳統(tǒng)力學(xué)測(cè)試往往在室溫下進(jìn)行，而真實(shí)工況中，溫度是改變材料力學(xué)行為的核心變量：

低溫脆性閾值：鋼鐵材料在 - 50℃以下，沖擊韌性可能下降 70% 以上，導(dǎo)致橋梁、船舶結(jié)構(gòu)脆斷；　

高溫蠕變極限：渦輪葉片合金在 900℃時(shí)，持續(xù)載荷下的蠕變應(yīng)變速率比室溫高 1000 倍，直接影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)壽命；

聚合物相變應(yīng)力：塑料在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（如 - 30℃）附近，彈性模量驟降引發(fā)裝配間隙變化，導(dǎo)致電子器件失效?！?/p>

原位測(cè)試的核心優(yōu)勢(shì)在于 “實(shí)時(shí)性” 與 “可視化”：通過將溫度場(chǎng)與拉伸 / 壓縮 / 疲勞載荷同步施加于樣品，結(jié)合顯微觀測(cè)（如光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡），實(shí)時(shí)捕捉材料從微裂紋萌生到宏觀斷裂的全過程。例如，某高鐵輪軌材料研究中，傳統(tǒng)測(cè)試未發(fā)現(xiàn)低溫性能異常，而原位變溫測(cè)試揭示其在 - 40℃拉伸時(shí)，晶界處因溫度梯度產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度下降 30%。

二、重光科技 FMS 系統(tǒng)：重新定義變溫力學(xué)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

武漢重光科技依托華中科技大學(xué)科研實(shí)力，推出高低溫原位力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)（FMS），專為解決極端環(huán)境下的材料力學(xué)表征難題。該系統(tǒng)融合高精度溫控、多模式力學(xué)加載與顯微觀測(cè)兼容性，正逐步成為航空航天、新能源、高分子材料等領(lǐng)域的核心研究工具之一。

FMS-電腦畫面已P.jpg Congtical高低溫原位力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)(FMS)

1. 寬溫域覆蓋：-190℃至 1200℃的極限挑戰(zhàn)

FMS 系統(tǒng)提供雙溫區(qū)解決方案：

超低溫端（選配液氮組件）：最低可達(dá) - 190℃，通過液氮直冷技術(shù)實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)降溫，適用于超導(dǎo)材料、深冷合金的力學(xué)性能研究；

高溫端：最高溫度 1200℃（型號(hào) FMS-5K-600），采用鉑絲加熱器與 S 型熱電偶，控溫精度 ±0.1℃，滿足航空航天高溫合金的蠕變測(cè)試需求。

關(guān)鍵參數(shù)：

溫度分辨率 0.1℃，溫度均勻性誤差≤1%，優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 2 倍；

最大升溫速率 100℃/min，支持快速變溫下的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)捕捉。

2. 多模式力學(xué)加載：從微力到重載的全場(chǎng)景適配

系統(tǒng)提供拉伸、壓縮、疲勞、高溫蠕變四種測(cè)試模式，搭載高精度力學(xué)傳感器：

微力測(cè)試（FMS-500 系列）：最大拉力 500N，分辨率 0.1N，適用于納米材料、薄膜樣品的力學(xué)性能表征；

重載測(cè)試（FMS-5K 系列）：最大拉力 5000N（5KN），分辨率 1N，可對(duì)金屬構(gòu)件、復(fù)合材料進(jìn)行工程級(jí)強(qiáng)度測(cè)試；

位移控制精度：最小位移分辨率 1μm，支持慢應(yīng)變速率測(cè)試（0.5mm/min），精準(zhǔn)模擬材料的漸進(jìn)損傷過程。

3. 原位顯微觀測(cè)：微觀損傷的 “實(shí)時(shí)直播”

FMS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，可無縫對(duì)接光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡（SEM）等觀測(cè)設(shè)備：

光學(xué)兼容性：配備 Φ22mm 觀察窗（石英材質(zhì)），支持超長工作距離物鏡（最小工作距離 8mm），實(shí)時(shí)記錄樣品表面裂紋擴(kuò)展；

真空環(huán)境適配：可選配真空組件（真空度≤1Pa），避免高溫下材料氧化對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾，適用于稀土永磁、活性金屬研究。

4. 智能化軟件：從數(shù)據(jù)采集到分析的全流程賦能

微信圖片_20250306152726.png FMS軟件界面

高低溫力學(xué)測(cè)試.png 某樣品測(cè)試結(jié)果

多參數(shù)同步采集：實(shí)時(shí)記錄溫度、力值、位移、應(yīng)變數(shù)據(jù)，支持每秒 2 次高頻采樣，捕捉瞬態(tài)力學(xué)響應(yīng)；

自定義測(cè)試程序：可編輯溫度 - 載荷循環(huán)曲線（如 “-80℃→室溫→150℃” 三溫區(qū)疲勞測(cè)試），滿足復(fù)雜工況模擬。