材料的力学性能由其微观组织决定。研究高温合金在服役条件下的各类微观组织演变,揭示成分、组织结构、晶体取向对材料宏观力学性能的影响机理,有助于掌握各类因素对微观组织的综合影响,进而在“知其所以然”的基础上设计出性能优良的高温合金,对国家航空事业发展具有重大意义。扫描电镜(Scanning Electronic Microscope,SEM)依靠光学显微镜无法比拟的高分辨率、良好的景深以及较为简单的操作方法,是当今科研领域不可缺少的重要工具。目前针对扫描电子显微镜开发的原位高温力学测试装置多为国外公司的产品,而国内自主研发较少,并且商业化测试装置均难以很好地模拟航空发动机关键零部件的服役条件,在温度、精度和多功能性方面均有取舍。本论文目的在于研制一种适用于扫描电子显微镜的多功能原位高温力学测试装置,其能够模拟航空发动机关键部件的蠕变和疲劳条件,为研究其微观尺度的塑性变形机制,开发新材料提供有利技术和方法,本文具体研究内容如下:1.通过对国内外商业化以及实验室发展的各类原位SEM高温力学测试装置发展的调研,对比了它们所采用的技术以及优缺点,选定了双丝杠、夹具加热的设计方案,并对所采用的传动、原位加热与原位测量技术进行了分析论证;2.提出一种以双反旋滚珠丝杠为样品施加载荷,以电机+减速器为驱动源,以蜗轮蜗杆机构进一步减速并传递动力,采用微型应变式拉/压力传感器与光栅位移传感器作为测量装置,以传导加热式夹具作为样品热源并对关键部位进行循环冷却的设计方案,所设计的加热夹具隔热安装可安装在双丝杠驱动结构中间,并预置25°的倾斜角度,配合有45°倾角的底座以方便背散射电子衍射(EBSD)实验。3.针对表面粗糙度、隔热材料对测试装置温度分布的影响进行了ANSYS有限元模拟分析,结果显示,通过表面抛光处理降低粗糙度进而降低表面发射率能够大幅降低稳态下传感器与滚珠丝杠等周边器件的温度,因此能够在保持样品温度不变的情况下降低发热体所需功率,有利于实现热量集中与测试装置的进一步小型化;在传感器与夹具载体之间增设氧化锆陶瓷螺套并将夹具固定器件的制造材料更换为氧化锆陶瓷能将应力传感器连接柱根部温度从118.0℃有效降低至73.6℃;4.为了降低极靴与EBSD探头温度,保护SEM内部结构不受高温影响,对测试装置加装隔热罩,并对不同隔热罩厚度与安装位置下的极靴与探头温度分布进行了ANSYS模拟对比,综合隔热效果与安全距离考虑,选定工作距离d=2mm,隔热罩厚度为1.5 mm的设计方案,与无隔热罩时相比极靴底部和EBSD探头前荧光屏温度分别能够降低30.5℃和83.1℃。