(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111293801.8 (22)申请日 2021.11.03 (71)申请人 浙江大学杭州国际科创中心 地址 311200 浙江省杭州市萧 山区市心北 路99号5楼 (72)发明人 王宏涛　段宇　卜叶强　梁春园　 (74)专利代理 机构 杭州裕阳联合专利代理有限 公司 33289 代理人 吴文杰 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸 系统及其制造方法 (57)摘要 本发明涉及纳米材料力学性能测试相关技 术领域， 公开了一种用于超硬材料原位力学加载 的微拉伸系统及其制造方法， 包括以下步骤： S1： 设定用于原位力学加载的超硬材料样品尺寸； S2： 设定用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系 统的加载段结构； S3： 设定用于超硬材料原位力 学加载的微拉伸系统结构； S4： 建立样品和微拉 伸系统加载段的网格模型； S5： 通过有限元素法 仿真计算原位力学加载的过程。 通过优化设计、 仿真校验的方法， 使 得所设计的微拉伸系统可用 于超硬材料这类高强度样品的单轴均匀应变加 载； 通过凹槽区、 弹簧区和连接区的设置， 可实现 对高强度样品如： 金刚石、 氧化镓、 氮化铝、 氮化 硼等超宽带隙半导体材 料的均匀应 变加载。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114282312 A 2022.04.05 CN 114282312 A 1.一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统制造方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： S1： 设定用于原位力学加载的超硬材 料样品尺寸； S2： 设定用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统的加载段结构， 加载段结构包括弹 簧区、 凹槽区以及连接区， 所述连接区位于加载 段结构的中轴线上； S3： 设定用于超硬材 料原位力学加载的微拉伸系统结构； S4： 建立样品和微拉伸系统加载 段的网格模型； S5： 通过有限元 素法仿真计算原位力学加载的过程； S6： 结合仿真计算的应 变云图， 校验微拉伸系统的可靠性； S7： 基于SOI 技术， 按照校验后的微拉伸系统结构进行流片生产。 2.根据权利要求1所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统制造方法， 其 特征在于： 所述 步骤S1中设定的超硬材 料样品包括夹持区和标距区。 3.根据权利要求1所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统制造方法， 其 特征在于： 所述步骤S3中设定的微拉伸系统结构包括加载段和支撑段， 加载段位于支撑段 的中轴线上。 4.根据权利要求1 ‑3中任意一项所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统 制造方法， 其特 征在于： 所述 步骤S4的具体步骤为： S41： 按照步骤S1和S2设定的几何尺寸， 建立样品和微拉伸系统加载 段的几何模型； S42： 对样品和微拉伸系统加载 段的整体进行三维网格划分； S43： 对样品和微拉伸系统加载 段的局部进行网格细化； S44： 设定样品和微拉伸系统加载 段的网格属性。 5.根据权利要求4所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统制造方法， 其 特征在于： 所述 步骤S5的具体步骤为： S51： 在有限元软件中导入样品和微拉伸系统加载段的网格模型， 建立原位拉伸加载头 的解析刚体模型； S52： 设定样品和微拉伸系统加载 段的材料属性； S53： 将样品、 微拉伸系统加载 段以及原位拉伸加载头进行装配； S54： 设定有限元 素法计算的增量 步， 定义场输出变量； S55： 设定原位拉伸加载头和微拉伸系统加载段的接触属性， 以及微拉伸系统加载段和 样品的接触属性； S56： 锁定微拉伸系统加载段与支撑段交界面的所有自由度， 设定原位拉伸加载头恒定 的加载速度； S57： 提交有限元模型进行仿真计算。 6.根据权利要求5所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统制造方法， 其 特征在于： 所述 步骤S55中的接触属性 为法向硬接触。 7.根据权利要求5或6所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统制造方法， 其特征在于： 所述步骤S56中的原位拉伸加载头的速度为2 μm/s， 方向平行于样 品的长度方 向。 8.一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统， 其特征在于： 通过权利要求1 ‑7任意权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114282312 A 2一项所述的用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统制造方法获得， 包括加载段和支撑 段， 加载段结构包括弹簧区、 凹槽区以及连接区， 所述连接区位于加载段结构的中轴线上， 所述凹槽区中包括至少两个凹槽 。 9.根据权利要求8所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统， 其特征在于： 所述弹簧区设置有四组， 对称分布在所述加载 段中。 10.根据权利要求9所述的一种用于超硬材料原位力学加载的微拉伸系统， 其特征在 于： 所述连接区为T形。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114282312 A 3