CN101251452A - 一种陶瓷单纤维的定位进样取样器 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，涉及一种陶瓷单纤维的定位进样取样器。提供一种陶瓷单纤维的定位进样取样器。包括进样取样器与光学水准定位器。进样取样器设有载样台、伸缩臂、轴承装置、导轨、驱动机构、四方水平台、气缸和底座。载样台接伸缩臂，伸缩臂、轴承装置与导轨通过驱动机构连接，固定在四方水平台上，伸缩臂穿插并紧贴于轴承装置，驱动机构固定于伸缩臂的最右端。四方水平台固定于气缸上，气缸与底座通过螺丝连接，置于四方水平台铅垂方向。光学水准定位器设有光学水准仪、安装架和位置调整装置。光学水准仪通过安装架与位置调整装置连接。

Description

一种陶瓷单纤维的定位进样取样器

技术领域

本发明涉及一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，尤其是涉及一种陶瓷单纤维高温热处理的定位进样取样器。

背景技术

耐高温、高性能连续碳化硅(SiC)陶瓷纤维属于军民两用材料，尤其在航空航天和先进武器装备中具有特殊地位，它具有强度与硬度高、耐高温、抗氧化、热膨胀系数低与密度低等优点，因此是高温陶瓷基复合材料的最佳增强纤维。

高性能SiC陶瓷纤维作为陶瓷基复合材料的增强相(即复合材料的骨架)，要求在高温服役环境下具有优良的热物理化学与力学性能的稳定性，这些性能显然与纤维的组成、微结构有关。因此，连续SiC纤维的高温环境力学性能演变及其微观机制的研究对于独立发展我国SiC纤维，指导连续纤维的组分和微结构设计具有重大意义。

目前国内外尚未见到SiC单纤维在模拟航空发动机服役环境中的力学性能和微结构演变的相关研究报道。航空发动机热端部件环境介质是水氧耦合环境，与纯氧环境不同，纯氧环境不能替代水氧耦合环境，研究水氧耦合环境下纤维性能演变具有现实意义。

研究SiC单纤维在水氧耦合环境下纤维性能演变的一个重要技术问题，就是SiC纤维在高温模拟环境气氛中的退火处理，由于要保证高温炉均温区，炉膛半径一般情况下都较小，而且纤维直径只有10μm左右，在送样进炉热处理时，高温下很容易与水氧气发生反应，纤维之间由于生成氧化硅易粘结从而发生并丝现象，因此不能整束一起热处理，而必须一根根并排分开，同时处理，才能达到真实效果。但目前使用的高温炉微量固体进样装置，如微型石墨方舟、W形石墨纸和氧化铝方舟等均未采用进样定位装置，测试结果受操作因素影响，且位置重现度和准确度较差。

马玉平(中国专利CN2105031U)发明了一种测试材料传送样品的装置。它包括进样定位器和进样器两部分，进样定位器由伸缩臂、支撑块、支撑杆和底座组成，伸缩臂通过销轴连接支撑杆，并沿滑槽水平移动，在伸缩臂上安有定位块，伸缩臂沿支撑杆的轴向转动，并在仰角的极限位置安有定位止挡块，进样器上有一通孔和凸台，套安在伸缩臂上。但是该装置只适合传送大样品试样，且无法定量伸缩臂移动的位移值。

西南石油学院王海清等(中国专利CN1595168A)发明了一种以PVT中不同温压下的混合物烃体系为原料，用特制的微型管控制油气两相混合物含量，从而获得烃体系高压进样的方法。

成都科林分析技术有限公司何启发(中国专利CN2682416Y)发明了一种全自动顶空进样器。包括机架、垂直装于机架底座上的分别受气缸带动的样品盘转轴、一端伸入装在机架上的加热恒温炉中的样品腔转轴，恒温炉中有装在样品腔转轴上的样品腔，样品腔周边均匀分布有多个样品位，样品盘转轴上有周边均匀分布多个样品位的样品盘，恒温炉低部相对样品盘的垂直位置有样品瓶出、入口，位于样品瓶出、入口的轴心位置且位于样品盘底部相对于样品位处有垂直装于底座上的由气缸驱动的举杠，位于恒温炉的上方有垂直向下的受电磁阀控制的气缸驱动的双流路针，分别与双流路针、有恒温加热器的传输线连接的切换阀处装有恒温加热器。该发明能准确控制样品的提取量，工作效率高。

长沙开元仪器有限公司熊忠义等(中国专利CN200520052205.0)设计了一种测试炉及送样机构，送样机构是由垂直设置的蜗杆上套装水平蜗轮块，与蜗杆平行的送样杆垂直固联在蜗轮块上，蜗杆上，蜗杆下端联接旋转传动机构，送样杆上端穿过测试炉底部的通孔，伸入测试炉的炉膛内，炉膛内壁嵌装加热电阻丝，送样杆为2根；测试炉的炉膛内腔横截面为椭圆形。该设计的优点是采用了两根送样杆，与现有技术单根送样杆相比，测试速度和工作效率可提高一倍，另外测试炉炉膛内腔为椭圆形，使结构紧凑，可充分利用热能，提高加热效果，节省炉体材料。但相对传送纤维来说，一样存在缺乏合理的载样台。

日本山口城等人(日本专利JP2004162184)发明了一种碳纤维热处理装置，直接把一整束碳纤维平行放置于炉膛中心加热，取消了载样台，纤维样品的长度大于炉膛长度，纤维两端可固定在炉子外面。但该发明只适用于纤维在空气中处理，对有环境气氛的热处理，就达不到要求。

美国延森·大卫等人(国际专利WO2007022218)发明了一种可以编织承载细长单纤维的装置，该装置是由一系列小圆盘格子组成，圆盘格子中间有一圆孔，圆盘上下左右之间都有若干个绕线轴，纤维可放置于绕线轴位置，大量圆盘组格子成一个点阵编织结构，在编造的机制中还包括大量喇叭形的角齿轮，用来移动控制纤维在点阵结构内交叉的位置。这样的一套带有点阵结构的自动化编织纤维装置，可降低生产的成本。

为此，有必要建立一套用于陶瓷单纤维高温热处理的定位进样取样器，提供一种操作方便，位置重现度和准确度高的高温炉陶瓷单纤维高温热处理的进样取样方法。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有的陶瓷单纤维的送样取样位置重现度和准确度较差等不足，提供一种陶瓷单纤维的定位进样取样器。

本发明包括进样取样器与光学水准定位器。

进样取样器设有载样台、伸缩臂、轴承装置、导轨、驱动机构、四方水平台、气缸和底座。载样台位于伸缩臂左边并与伸缩臂水平连接，起承载纤维样品的作用。伸缩臂、轴承装置与导轨通过驱动机构连接并固定在四方水平台上，伸缩臂穿插并紧贴于轴承装置，可滑动。伸缩臂起送样导杆作用，轴承装置起固定伸缩臂，并使伸缩臂滑动的作用。驱动机构固定于伸缩臂的最右端，起推动伸缩臂的作用。四方水平台固定于气缸上，起承载伸缩臂、导轨、载样台、轴承装置和驱动机构的作用。气缸与底座通过螺丝连接固定，置于四方水平台铅垂方向。

光学水准定位器设有光学水准仪、安装架和位置调整装置。光学水准仪通过安装架与位置调整装置连接，并位于位置调整装置上方。位置调整装置起调整光学水准仪位置的作用，使光学水准仪对准进样取样器的载样台，并与高温炉炉膛轴线中心对齐。

载样台的底部右边与伸缩臂焊接，底部下表面与伸缩臂相切，载样台由不锈钢片、氧化铝载样台和氧化铝压块组成。不锈钢片有尺寸刻度，氧化铝载样台做成，成“山”字形状。

伸缩臂为光滑的光轴，直径为8mm，伸缩臂通过轴承装置连接四方水平台，并沿轴承装置水平移动。

导轨沿水平方向设置固定在四方平水平台上，导轨内设有滑槽，起采集纤维试样应变和水平导向作用。滑槽上下边沿为齿条结构，表面有尺寸刻度。

轴承装置设有相互平行的一对，起保证伸缩臂线性位移的作用。

驱动机构由电动机组成，电动机转轴上有齿条结构，与导轨滑槽的齿条啮合。

四方水平台起承载伸缩臂、导轨、载样台、轴承装置、驱动机构、水平器作用。四方水平台上设有水平器、定位止挡螺丝、水平调节螺丝、水平调节钢球和水平调节圆盘，水平器采用水平小水泡，若小水泡位于中心位置，则四方水平台就处于水平位置，定位止挡螺丝可控制伸缩臂的固定位置。

气缸设有锁紧螺丝、支撑杆、上进气调节螺丝、上进气口、下进气口、下进气调节螺丝、电磁阀，气缸的底部连接底座，支撑杆可沿铅垂方向移动。四方水平台的水平调节圆盘通过气缸的锁紧螺丝连接气缸。电磁阀左边为进气口，右边的上、下出气口分别通过气管与气缸的上进气口、下进气口相连接。上进气调节螺丝和下进气调节螺丝可调节进气流量大小。

底座设有铅垂标尺、底座平台、底座固定板和三角架，三角架可调节高度。

光学水准仪通过安装架与位置调整装置连接，并位于位置调整装置上方，安装架由立方体不锈钢制成，位置调整装置包括水平调整螺母、铅垂调整螺母和锁紧螺钉。

位置调整装置设有铅垂方向调整螺母、锁紧螺钉、水平方向调整螺母，位置调整装置起调整光学水准仪位置的作用，使光学水准仪对准载样台，并与高温炉炉膛轴线中心对齐。

陶瓷单纤维高温热处理的定位进样取样的原理是先调节好进样取样器圆盘的水平位置，然后通过光学水准定位器对准炉膛轴线，使伸缩臂轴线与炉膛轴线重合。通过把陶瓷单纤维并排置于氧化铝载样台上，用两端氧化铝压块固定住，然后启动驱动机构，使伸缩臂均速水平移动，实现送样，直到送至高温炉均温区，后启动支架上的电动机，缓慢下降，使载样台垂直放下来，卡在炉膛上，后取回伸缩臂即可。当样品高温处理完后，以后把伸缩臂推进，然后上升伸缩臂，把载样台顶起，后让伸缩臂回走，实现样品出炉。

与现有的陶瓷单纤维的送样取样设备相比，本发明具有以下突出的优点：采用了驱动机构电动机，无需人工操作，减少误差。合理设计了载样台，使得单纤维能够并排放置，一方面防止单纤维之间互相交织，另一方面能够使单纤维不受张力作用，保持自身状态。进样取样器可调节水平位置，铅垂方向，可调节高度及旋转度。采用了光学水准定位器，提高送样取样的同轴度。本发明具有结构简单、操作简便、位置重现度和准确度高等特点。

附图说明

图1是本发明所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器实施例的结构示意图。在图1中，各部件的代号为：1是高温炉、2是进样取样器、21是载样台、22是伸缩臂、23是轴承、24是导轨、25是驱动机构、26是轴承、27是四方水平台、271是定位止挡螺丝、272是水平器、273是水平调节螺丝、274是水平调节螺丝、275是水平调节钢球、276是水平调节螺丝、277是水平调节圆盘、28是气缸、281是锁紧螺丝、282是支撑杆、283是上进气调节螺丝、284是上进气口、285是下进气口、286是下进气调节螺丝、287是电磁阀、29是底座、291是铅垂标尺、292底座平台、293是底座固定板、294是三角架、3是光学水准定位器、31是光学水准仪、32是安装架、33是位置调整装置、331是水平调整螺母、332是铅垂调整螺母、333是锁紧螺钉。

图2为图1中的进样取样器剖面图。在图2中，各部件代号为：2是进样取样器、21是载样台、22是伸缩臂、23是轴承、24是导轨、25是驱动机构、26是轴承、27是四方水平台、271是定位止挡螺丝、272是水平器、273是水平调节螺丝、274是水平调节螺丝、275是水平调节钢球、276是水平调节螺丝、277是水平调节圆盘、281是锁紧螺丝、282是支撑杆。

图3为图1中的载样台剖面图。

图4为图1中的载样台俯视图。

在图3和4中，各部件的代号为：211是不锈钢片、212是氧化铝载样台、213是氧化铝压块、214是单纤维、215是氧化铝压块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理作详细说明。

参见图1～4，用于陶瓷单纤维的定位进样取样器，包括进样取样器2与高精度的光学水准定位器3两部分。

进样取样器2设有载样台21、伸缩臂22、轴承装置23、26、导轨24、驱动机构25、四方水平台27、气缸28和底座29。载样台21位于伸缩臂22左边，与伸缩臂22水平焊接，起承载纤维样品的作用。伸缩臂22、轴承装置23和导轨24通过驱动机构25连接，固定在四方水平台27上，伸缩臂22穿插并紧贴于轴承装置23，可滑动。伸缩臂22起送样导杆作用，轴承装置23起固定伸缩臂22，并使伸缩臂22滑动的作用。驱动机构25固定于伸缩臂22的最右端，起推动伸缩臂22的作用。四方水平台27固定于气缸28上，起承载伸缩臂22、导轨24、载样台21、轴承装置23和驱动机构25的作用。气缸28与底座29通过螺丝连接固定，置于四方水平台27铅垂方向下。

载样台21置于伸缩臂22左边，底部右边与伸缩臂22焊接，底部下表面与伸缩臂22相切，载样台21由不锈钢片211、氧化铝载样台212、氧化铝压块213、215组成。不锈钢片211有尺寸刻度，氧化铝载样台212为氧化铝陶瓷并成“山”字形状，氧化铝载样台212的宽度稍微大于不锈钢片211。伸缩臂22是由不锈钢光轴做成，直径为8mm。导轨24沿水平方向设置固定在四方平水平台27上，导轨24设有滑槽，滑槽上下边沿为齿条结构，表面有尺寸刻度，起水平导向作用。轴承装置23设有相互平行的一对，起保证伸缩臂22线性位移的作用。驱动机构25由电动机做成，电动机具有双转功能，且其转轴上有齿条结构，与导轨24滑槽的齿条啮合，可使伸缩臂22水平左右移动。

四方水平台27由不锈钢板制成，起承载载样台21、伸缩臂22、轴承装置23、导轨24、驱动机构25、定位止挡螺丝271和水平器272作用。四方水平台27上包括水平器272、定位止挡螺丝、水平调节螺丝273、274、276和水平调节钢球275，水平器272采用水平小水泡，因为四方水平台27底部与水平调节圆盘277上部都有半圆凹槽，刚好放置水平调节钢球274，且两者之间又稍留距离，这样就可通过水平调节螺丝273、274、276调节水平位置，直到小水泡位于中心位置，则四方水平台27就处于水平位置，定位止挡螺丝271可控制伸缩臂22的固定位置。气缸28又由锁紧螺丝281、支撑杆282、上进气调节螺丝283、上进气口284、下进气口285、下进气调节螺丝286、电磁阀287构成，气缸28的底部连接底座，支撑杆282可沿铅垂方向移动。四方水平台27的水平调节圆盘277通过气缸28的锁紧螺丝281连接气缸28。电磁阀287左边为进气口，右边的上、下出气口分别通过气管与气缸28的上进气口284、下进气口285相连接。上进气调节螺丝283、下进气调节螺丝286可调节进气流量大小。四方水平台27通过气缸28的锁紧螺丝连接支撑杆282，四方水平台27沿支撑杆282的轴向转动，并在仰角的极限位置安有定位块。底座29包括铅垂标尺291、底座平台292、底座固定板293和三角架292，三角架292可调节高度。

光学水准定位器3包括光学水准仪31、安装架32和位置调整33装置。安装架32由立方体不锈钢做成，位置调整装置33包括水平调整螺母331、铅垂调整螺母332和锁紧螺钉333。

首先粗调底座29上的三角架293，使得进样取样器1的伸缩臂22对准高温炉1炉膛中心位置，炉膛为圆桶形状，然后根据四方水平台上27的水平器272指示，用圆盘281调节四方水平台27与伸缩臂22的水平位置，另一方面，通过调节位置调整装置33上的水平调整螺母331和铅垂调整螺母332，使光学水准仪31发出的激光线对准高温炉1炉膛轴线。并再次调节圆盘281，使伸缩臂22处于高温炉1炉膛轴线上。定位后，把单纤维214一根根平行并排置于载样台21的氧化铝载样台212上，用氧化铝压块213、215压住单纤维214，然后计算炉膛均温区位置，启动驱动机构25中的电动机，伸缩臂22开始均速线性移动，通过导轨24内滑槽上的刻度，可控制伸缩臂22移动位移，当伸缩臂22移动到所需位移时，关闭电动机，用四方水平台27上的定位止挡螺丝271固定住伸缩臂22，然后气缸28上的控制开关，使伸缩臂22缓慢均速下降，至载样台21上的氧化铝载样台212卡住炉膛，再向下移动1mm，关闭气缸28上电磁阀287的控制开关，使载样台21的不锈钢片211与氧化铝载样台212脱离。打开定位止挡螺丝271，启动驱动机构25中的电动机，让伸缩臂22沿着导轨24回走至原来位置，送样完毕。

当单纤维214高温热处理完后，通过光学水准仪31确定载样台21的水平位置，然后启动驱动机构25中的电动机，使伸缩臂22均速线性移动至指定位置，用四方水平台27上的定位止挡螺丝271固定住伸缩臂22，然后启动气缸28上电磁阀287的控制开关，使伸缩臂22缓慢均速上升，至载样台21的不锈钢片211托住氧化铝载样台212后，关闭气缸上28电磁阀287的控制开关，然后打开定位止挡螺丝271，启动驱动机构25中的电动机，让伸缩臂22沿着导轨24回走至原来位置，取样完毕。

光学水准仪可采用深圳市路达计量仪器有限公司生产的水准仪，其技术参数：(1)放大倍率：20×；(2)标准偏差：≤3mm；(3)有效孔径：30mm；(4)成像：正像；(5)视场角：1°20″；(6)乘常数：100；(7)加常数：0；(8)最短视距：≤0.7M；(9)补偿工作范围：±15″；(10)补偿安平精度：±0.8″；(11)圆水准器角值：8″/2mm；(12)度盘：360°或400gon；(13)度盘分度值：1°或1gon。

陶瓷单纤维的定位进样取样器的驱动装置中的电动机可选用宁波市北仑区大矸泰昌电子电器厂生产的型号YTJ-90-4/90单向电子调速电动机，其技术性能：(1)功率：90W；(2)频率：50Hz；(3)额定电压：220V；(4)额定电流：1A；(5)额定转矩：0.6N·M；(6)堵转电流：3A；(7)绝缘等级：E；(8)调速范围：转速90～1200r/min，调速比为1∶15；(9)转速变化率小于10％；

陶瓷单纤维的定位进样取样器的气缸可选用德力西集团有限公司生产的型号SC32X50气缸，其量程为50mm；

陶瓷单纤维的定位进样取样器的电磁阀可选用德力西集团有限公司生产的型号4V230-08电磁阀，其技术性能：(1)额定电压：220V；(2)频率：50Hz；(3)额定电流：50mA；(4)耐温：35℃以上。

Claims (10)

1.一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于包括进样取样器与光学水准定位器；

进样取样器设有载样台、伸缩臂、轴承装置、导轨、驱动机构、四方水平台、气缸和底座；载样台位于伸缩臂左边并与伸缩臂水平连接，伸缩臂、轴承装置与导轨通过驱动机构连接并固定在四方水平台上，伸缩臂穿插并紧贴于轴承装置；驱动机构固定于伸缩臂的最右端，四方水平台固定于气缸上，气缸与底座通过螺丝连接固定，置于四方水平台铅垂方向；

光学水准定位器设有光学水准仪、安装架和位置调整装置，光学水准仪通过安装架与位置调整装置连接，并位于位置调整装置上方。

2.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于载样台的底部右边与伸缩臂连接，载样台底部下表面与伸缩臂相切，载样台由不锈钢片、氧化铝载样台和氧化铝压块组成。

3.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于伸缩臂为光滑的光轴，直径为8mm，伸缩臂通过轴承装置连接四方水平台，并沿轴承装置水平移动。

4.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于导轨沿水平方向设置并固定在四方平水平台上，导轨内设有滑槽，滑槽上下边沿为齿条结构，表面有尺寸刻度。

5.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于轴承装置设有相互平行的一对。

6.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于驱动机构由电动机组成，电动机转轴上有齿条结构，与导轨滑槽的齿条啮合。

7.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于四方水平台上设有水平器、定位止挡螺丝、水平调节螺丝、水平调节钢球和水平调节圆盘，水平器采用水平小水泡。

8.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于气缸设有锁紧螺丝、支撑杆、上进气调节螺丝、上进气口、下进气口、下进气调节螺丝和电磁阀，气缸的底部连接底座，支撑杆可沿铅垂方向移动，四方水平台的水平调节圆盘通过气缸的锁紧螺丝连接气缸，电磁阀左边为进气口，右边的上、下出气口分别通过气管与气缸的上进气口、下进气口相连接。

9.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于光学水准仪通过安装架与位置调整装置连接，并位于位置调整装置上方，安装架由立方体不锈钢制成，位置调整装置包括水平调整螺母、铅垂调整螺母和锁紧螺钉。

10.如权利要求1所述的一种陶瓷单纤维的定位进样取样器，其特征在于位置调整装置设有铅垂方向调整螺母、锁紧螺钉、水平方向调整螺母。

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