随着第四次科技革命的出现，微纳米技术与软件、通信技术、传感器相融合，已经在不断地改变着现在人们所熟知的世界，而越来越多的工业产品受其影响，向着更加便捷化、精细化的方向发展。微观尺度下的材料力学性能的要求也需要更深层次的探索。与传统的材料力学性能的校验方式不同(如拉伸、剪切、弯曲)，微观尺度下的划痕技术有着更明显的优点，可以更全面地收集材料的形变情况、材料损伤、载荷、法向力与切向力等参数，发现各参数之间存在的微观规律性。此外，纳米划痕技术近几年也已经应用于生物工程、微机技术、机械制造及医学等领域。众多数据表明，宏观尺度的基础理论并不能解释微观纳米尺度下材料的形变与损伤。因此，开展微观尺度下划痕技术的设计研究可以帮助我们对材料微观的力学体系有更加完善的认识。

本次设计的原位划痕与热场耦合测试仪采用的方案：首先确定一个完整的原位划痕与热场耦合测试仪由基座、导轨、驱动单元压电陶瓷、柔性铰链、压头、力传感器、XY轴划痕组件组成。为了保证整个设备的稳固性，选用了刚度高的一体式基座设计，几何尺寸为184×135×85mm。进行其余机械组件的布局，依次进行压头、驱动电机、驱动单元部分、高能聚光灯的选型，按照压头—驱动单元—驱动电机—高能聚光灯的顺序进行连接与组装。完成测试装置的设计，确定X轴划痕组件与Y轴划痕组件的构成，选用三轴力传感器，实时监测测量过程中的应力变化。采用合适的PLC系统，并借助蜗轮蜗杆组与丝杠螺母，实现Z轴调整机构的超低速直线运动，用LabVIEW对压电叠堆进行控制，来完成划痕测试。实现了原位划痕与热场耦合仪多方位的材料性能的测量。

  该产品弥补了传统划痕方式中无法计算划痕力波动的缺陷，便于更好地研究材料的力学规律，并结合热场耦合技术，直观地观测材料在不同温度下的各种力学性能。