一种实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置

本发明涉及应力测定领域，具体涉及一种实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置。

背景技术：

1、单晶硅、多晶硅、单晶碳化硅等硬脆材料的切片在半导体和光伏行业中应用广泛。现代工艺的精密程度越来越高，加工技术的更新与迭代速度也越来越快，这使硬脆材料的切片逐渐向厚度越来越小、尺寸越来越大的趋势发展。一般情况下，集中在硬脆材料切片上的残余应力是有害的，尤其是对于大尺寸的薄片而言，残余应力会导致切片产生裂纹或发生断裂。同时，由于在残余应力的叠加值未超过材料强度极限前，切片可能不会立即表现出缺陷，所以这也会提高切片在后续加工过程中发生故障的几率。因此，根据残余应力测试情况调整相关工艺对完善切片加工技术有重要意义。

2、盲孔法测硬脆材料残余应力的主要过程为：在工件的待测部位贴好应变花后，通过一个钻台给应变花指定位置打一个直径2mm左右的小盲孔，可以释放此处的残余应力，释放的残余应力会使应变花被打孔的周围发生形变。此时，测试残余应力的仪器会根据应变花的形变量计算出测试部位残余应力的大小和方向。但是，当硬脆材料切片受力过于集中时，打盲孔很容易造成切片断裂或破碎；对于薄片而言，如果厚度非常小，则需要将盲孔替代为通孔以实现残余应力测量，这样会使切片内部应力集中释放，极大提高切片的破损率，从而导致测试结果的准确性降低。因此，如何降低切片破损率，提高残余应力测试结果的可靠性，是使用盲孔法测硬脆材料切片残余应力所亟需解决的问题。

3、对于此问题有两处考量点：一方面是如何提高钻台运动的稳定性，另一方面是如何提高切片夹具的可靠性。

4、就钻台运动而言，钻台的安装办法主要分为两种：一种方法是钻台直接安装在可升降的装置上，但是安装钻台的部分会承受较大的轴向力；另一种方法是钻台间接安装在可升降的装置上，可以通过设置导向结构分担轴向力，但需要设计使其运动和受力状态同步的结构，还需要预留安装这些结构所需的空间。两种方法都有利有弊。

5、就切片装夹而言，目前最简易的结构是采用木材、塑料、橡胶等作为衬底，再将切片直接黏连在衬底表面上，这样切片下端就可以获得分布均匀的支持力，能提高切片受力下的稳定性，此时就算需要给切片打通孔也可以有效降低切片破损率。但是，切片表面可能存在翘曲或倾斜，采用的衬底表面也不能保证一定有较好的平面度，这样会导致切片在打孔过程中发生偏转或滑移，使实测位置偏离理论位置。

6、综上，本领域技术人员致力于开发一种新型的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置，以钻台的安装和运动与切片的装夹为切入点，意在解决此问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置。

2、本发明提供了一种实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置，具有这样的特征，包括：升降机构，包括机架、沿竖向安装在机架上的滚珠丝杠、以及驱动滚珠丝杠的第一电机；钻孔机构，由升降机构带动进行升降，用于对切片打孔；切片夹具，设置在钻孔机构的正下方，用于装夹所述切片，切片夹具包括壳体以及设置在壳体顶部的多个装夹滑块和辅助支撑组件，多个装夹滑块沿周向均布在辅助支撑组件的四周，并且能沿径向同步移动，每个装夹滑块的朝向辅助支撑组件的一端用于沿轴向夹紧切片的边缘部分，辅助支撑组件用于给切片的下表面中心区域提供支撑；以及应变花，用于粘贴在切片上，并在给切片打盲孔时对应变量进行测量。

3、在本发明提供的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置中，还可以具有这样的特征：每个装夹滑块包括滑块本体、压板、圆柱销、锁紧螺母、以及第一弹簧，滑块本体的朝向辅助支撑组件的一端设有供切片水平置入的装夹槽，装夹槽的下侧内壁为水平面，装夹槽的上侧设有竖向贯通的通孔，压板水平设置在装夹槽内且与装夹槽的下侧内壁配合以夹紧切片，圆柱销穿过通孔，并且下端与压板连接，圆柱销的上端处设有外螺纹，并连接有锁紧螺母，第一弹簧套设在圆柱销上且两端分别抵在装夹槽的上侧内壁和压板上。

4、进一步地，在本发明提供的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置中，还可以具有这样的特征：壳体的顶部沿周向均布有多道沿径向延伸的滑槽，多个装夹滑块的滑块本体分别设置在多道滑槽内；切片夹具还包括用于驱动多个装夹滑块沿径向同步移动的主动齿轮、从动齿轮盘、以及旋转手柄，主动齿轮安装在壳体内且与位于壳体外侧的旋转手柄连接，从动齿轮盘水平地安装在壳体内且与主动齿轮啮合，从动齿轮盘的上端面设有呈涡状线圈状的滑块轨道，多个装夹滑块的滑块本体均安装在从动齿轮盘的上端面上，每个滑块本体的底面设有与滑块轨道相配合且沿径向分布的多个凸起。

5、更进一步地，壳体可包括呈上开口的圆柱盒体状的夹具底座和多块呈扇形的夹具盖板，多块夹具盖板沿周向等间距地安装在夹具底座的开口上，每相邻两块夹具盖板之间形成一道滑槽。

6、更进一步地，主动齿轮和从动齿轮盘可分别为小锥齿轮和大锥齿轮。

7、更进一步地，从动齿轮盘通过竖向设置的转轴水平安装在壳体内，转轴的上端面设有用于安装辅助支撑组件的盲孔；辅助支撑组件包括t型圆柱和第二弹簧，t型圆柱包括相连的柱体部和圆台部，柱体部安装在盲孔内，圆台部位于盲孔外且上端面为支撑切片的支撑面，第二弹簧套设在柱体部上且两端分别抵在圆台部的下端面和盲孔的底面上。

8、在本发明提供的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置中，还可以具有这样的特征：钻孔机构包括机座、第二电机、钻头座、以及钻头，机座安装在升降机构上，并由升降机构带动进行升降，第二电机安装在机座上且输出轴沿竖向朝下设置，钻头座与第二电机的输出轴连接且与安装在机座上的轴承配合，钻头安装在钻头座上且与第二电机的输出轴同轴设置。

9、在本发明提供的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置中，还可以具有这样的特征：应变花为三轴45°应变花，包括箔片、三个应变片、以及导线，箔片上的指定位置为打孔点，三个应变片均粘贴在箔片上，并以打孔点为圆心沿周向间隔45°分布，每个应变片连接有导线。

10、在本发明提供的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置中，还可以具有这样的特征：升降机构还包括沿竖向安装在机架上的直线导轨，直线导轨的滑块与滚珠丝杠的丝杠螺母连接，钻孔机构安装在直线导轨的滑块上。

11、在本发明提供的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置中，还可以具有这样的特征：还包括：多个机架辅助升降机构，分布安装在机架的底部，用于调整机架的高度。

12、发明的作用与效果

13、根据本发明所涉及的实现盲孔法测硬脆材料切片残余应力的装置，因为升降机构采用滚珠丝杠进行传动，所以，本装置提高了钻孔机构升降时的稳定性和精确性，保证了打孔过程中钻头与应变花中心的对刀精度，减小了对刀误差；因为切边夹具包括多个装夹滑块和辅助支撑组件，多个装夹滑块沿周向分布在辅助支撑组件的四周，每个装夹滑块能沿轴向夹紧切片的边缘部分，辅助支撑组件能给切片的下表面中心区域提供支撑，所以，本装置中的切边夹具能限制切片的六个自由度，提高了切片的定位精度。综上，本装置可以提高盲孔法测硬脆材料切片残余应力试验的成功率，并且可以提高试验数据的准确性。