CN107389455A - 用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置及方法，包括加载区电极靶和探针工装，所述加载区电极靶和探针工装连接为一体后形成密闭气室，还包括氮气注入接头、氮气导出接头和真空抽气孔，所述氮气注入接头、氮气导出接头和真空抽气孔分别与密闭气室相通。本发明实现了一种可对磁驱动斜波压缩实验中样品预设初始温度进行降温的方式的目的，同时解决了实验中测试探针在低温下凝结空气中水汽而无法使用，影响实验数据正常采集的问题。

Description

用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置及方法
技术领域
本发明涉及磁驱动斜波压缩技术领域，具体涉及用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置及方法。
背景技术
材料的相变、本构关系、状态方程等动力学行为研究中，初始温度T0是重要参量。初始温度的差异直接导致材料相变所需力学条件的差异，导致本构关系、状态方程表达形式上的差异。为深入研究初始温度对材料动力学行为的影响，通常需要在利用气炮、磁驱动斜波加载技术等动态加载技术研究材料的动力学行为前，对样品初始温度状态进行改变，使样品区的温度达到研究所需温度。
相比气炮加载技术，磁驱动斜波压缩是近十几年发展的新实验加载技术，与之配套的预设样品初始温度技术还很少，降温技术更是空白。
此外，由于磁驱动斜波压缩实验负载区在实验过程中处于极端复杂的电磁环境中，故这里只能采用非接触的光测手段。在低温环境下，探针和样品表面附近空气中的水分子会凝结，阻挡测试激光的传播，影响实验数据的正常采集。
发明内容
本发明的目的在于提供用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置及方法，实现一种可对磁驱动斜波压缩实验中样品预设初始温度进行降温的方式的目的，同时解决实验中测试探针在低温下凝结空气中水汽而无法使用，影响实验数据正常采集的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，包括加载区电极靶和探针工装，所述加载区电极靶和探针工装连接为一体后形成密闭气室，还包括氮气注入接头、氮气导出接头和真空抽气孔，所述氮气注入接头、氮气导出接头和真空抽气孔分别与密闭气室相通。进一步的，针对磁驱动斜波压缩实验加载技术中的样品初始温度降温技术空白的问题，本发明设计了一种降温装置，包括加载区电极靶和探针工装，通过特制的加载区电极靶和探针工装，使加载区电极靶与样品，样品与测试探针固定于所需位置；再通过往电极靶和探针工装形成的密闭气室内注入压缩氮气，可达到对样品降温的目的。本发明还将密闭气室与真空抽气孔连接，通过真空泵，抽出加载区电极靶和探针工装形成的密闭气室内的空气，可避免测试探针由于低温凝结空气中的水汽而无法使用，影响实验数据正常采集的问题。
在加载区电极靶上设置有轴向高度相同的柱体气室和八面体气室，所述柱体气室位于八面体气室的中心。进一步的，柱体气室用于与真空抽气孔连通，探针和样品均位于柱体气室内部，利用真空抽气泵与真空抽气孔内相通可将柱体气室内的空气抽出，有效避免了探针和样品表面附近空气中的水分子会凝结，阻挡测试激光的传播的问题。八面体气室主要用于与氮气注入接头、氮气导出接头连接，通过氮气注入接头向八面体气室与柱体气室之间形成的密闭气室内注入持续氮气，同时氮气导出接头持续导出氮气，达到给柱体气室降温的目的，使得柱体气室内的样品预设初始温度达到目的温度。
优选的，所述柱体气室和八面体气室的顶端还开有密封圈槽。采用密封圈安装在密封圈槽内，可提高加载区电极靶和探针工装连接后气室的密闭性。
优选的，在探针工装上设置有探针固定柱，所述探针固定柱的顶端开有沉孔，所述沉孔的中心轴线与探针工装的中心线重合，在探针工装上还设置有真空抽气孔、沉槽，所述真空抽气孔的中心线与探针工装的中心线相互平行，且真空抽气孔、沉槽与探针固定柱形成一个“Z”字型抽真空通道。进一步的，探针固定柱用于固定探针离样靶的距离和垂直度，真空抽气孔通过沉槽与探针固定柱连接，探针固定柱与柱体气室相通，真空抽气孔、沉槽与探针固定柱形成一个“Z”字型抽真空通道。
在探针工装的上表面还开有两个与探针工装的中心线相互平行的通孔，每个通孔的径向方向均开有一个转接口，所述转接口与氮气注入接头、氮气导出接头一一对应连接且分别形成氮气进气通道和氮气出气通道，所述氮气进气通道和氮气出气通道关于探针工装的中心线轴对称。进一步的，氮气进气通道和氮气出气通道均与八面体气室相通，设计为关于探针工装的中心线轴对称的结构，即也关于加载区电极靶中的柱体气室的中心线轴对称，达到在柱体气室的外侧均匀降温的目的。
优选的，在加载区电极靶上还设置有若干个细螺纹孔，在探针工装上设置有与细螺纹孔等数量的定位通孔，所述细螺纹孔与定位通孔一一对应且通过螺纹螺钉使加载区电极靶和探针工装固定为一体。
优选的，所述探针工装采用不锈钢块加工而成。不锈钢具有耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质等优点，具有不锈性，使用寿命较长，适用于在本发明的极端复杂的电磁环境中使用。
适用于权利要求1～7所述的降温装置的降温方法，包括以下步骤：
A：准备样品和光学测试探针，安装样品和光学测试探针，并使加载区电极靶和探针工装装配为一体；
B：将真空泵抽气管与探针工装上的真空抽气孔连接，打开真空泵，将柱体气室的气压降至～10-1pa；
C：将压缩氮气注入管与探针工装上的氮气注入接头连接、氮气回收气管与探针工装上的氮气导出接头连接，并向八面体气室内注入压缩氮气；
D：利用温度探针采集样品附近温度，当温度探针采集到的温度达到目的温度时，停止注入氮气；
E：降温过程完成，开展动态加载实验。
所述步骤A具体包括以下步骤：
A1：准备样品，并将样品的两面抛光；
A2：用胶水将样品粘于加载区电极靶中的柱体气室内，保持样品与加载区电极靶紧密粘接直至胶水固化，并将与密封圈槽匹配的密封圈放入密封圈槽内；
A3：将光学测试探针插入探针工装，直至无法继续深入，然后用真空封泥将光学测试探针暴露在探针工装外的部分密封；
A4：将带有光学测试探针的探针工装置于加载区电极靶的顶部，用螺纹螺钉依次穿过细螺纹孔和定位通孔使加载区电极靶和探针工装固定为一体。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置及方法，提出一种适用于磁驱动斜波压缩实验中样品预设初始温度的降温方法，并解决了实验中测试探针在低温下凝结空气中水汽而无法使用问题，整个降温装置结构简单，降温方法操作方便，具有较高的实用价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明加载区电极靶的结构示意图；
图3为本发明探针工装的剖视图；
图4为本发明探针工装的俯视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-加载区电极靶，2-探针工装，3-氮气注入接头，4-氮气导出接头，5-真空抽气孔，6-柱体气室，7-八面体气室，8-密封圈槽，9-探针固定柱，10-沉槽，11-通孔，12-细螺纹孔，13-定位通孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1～4所示，本发明用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，包括加载区电极靶1和探针工装2，所述加载区电极靶1和探针工装2连接为一体后形成密闭气室，还包括氮气注入接头3、氮气导出接头4和真空抽气孔5，所述氮气注入接头3、氮气导出接头4和真空抽气孔5分别与密闭气室相通。在加载区电极靶1上设置有轴向高度相同的柱体气室6和八面体气室7，所述柱体气室6位于八面体气室7的中心；所述柱体气室6和八面体气室7的顶端还开有密封圈槽8。在探针工装2上设置有探针固定柱9，所述探针固定柱9的顶端开有沉孔，所述沉孔的中心轴线与探针工装2的中心线重合，在探针工装2上还设置有真空抽气孔5、沉槽10，所述真空抽气孔5的中心线与探针工装2的中心线相互平行，且真空抽气孔5、沉槽10与探针固定柱9形成一个“Z”字型抽真空通道。在探针工装2的上表面还开有两个与探针工装2的中心线相互平行的通孔11，每个通孔11的径向方向均开有一个转接口，所述转接口与氮气注入接头3、氮气导出接头4一一对应连接且分别形成氮气进气通道和氮气出气通道，所述氮气进气通道和氮气出气通道关于探针工装2的中心线轴对称。在加载区电极靶1上还设置有若干个细螺纹孔12，在探针工装2上设置有与细螺纹孔12等数量的定位通孔13，所述细螺纹孔12与定位通孔13一一对应且通过螺纹螺钉使加载区电极靶1和探针工装2固定为一体；所述探针工装2采用不锈钢块加工而成。
本发明采用以上降温装置的降温方法，具有包括以下步骤：
A：准备样品，并将样品的两面抛光；用胶水将样品粘于加载区电极靶1中的柱体气室6内，保持样品与加载区电极靶1紧密粘接直至胶水固化，并将与密封圈槽8匹配的密封圈放入密封圈槽8内；将光学测试探针插入探针工装2，直至无法继续深入，然后用真空封泥将光学测试探针暴露在探针工装2外的部分密封；将带有光学测试探针的探针工装2置于加载区电极靶1的顶部，用螺纹螺钉依次穿过细螺纹孔12和定位通孔11使加载区电极靶1和探针工装2固定为一体；
B：将真空泵抽气管与探针工装2上的真空抽气孔5连接，打开真空泵，将柱体气室6的气压降至～10-1pa；
C：将压缩氮气注入管与探针工装2上的氮气注入接头3连接、氮气回收气管与探针工装2上的氮气导出接头4连接，并向八面体气室7内注入压缩氮气；
D：利用温度探针采集样品附近温度，当温度探针采集到的温度达到目的温度时，停止注入氮气；
E：降温过程完成，开展动态加载实验。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，其特征在于，包括加载区电极靶(1)和探针工装(2)，所述加载区电极靶(1)和探针工装(2)连接为一体后形成密闭气室，还包括氮气注入接头(3)、氮气导出接头(4)和真空抽气孔(5)，所述氮气注入接头(3)、氮气导出接头(4)和真空抽气孔(5)分别与密闭气室相通。
2.根据权利要求1所述的用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，其特征在于，在加载区电极靶(1)上设置有轴向高度相同的柱体气室(6)和八面体气室(7)，所述柱体气室(6)位于八面体气室(7)的中心。
3.根据权利要求2所述的用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，其特征在于，所述柱体气室(6)和八面体气室(7)的顶端还开有密封圈槽(8)。
4.根据权利要求1所述的用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，其特征在于，在探针工装(2)上设置有探针固定柱(9)，所述探针固定柱(9)的顶端开有沉孔，所述沉孔的中心轴线与探针工装(2)的中心线重合，在探针工装(2)上还设置有真空抽气孔(5)、沉槽(10)，所述真空抽气孔(5)的中心线与探针工装(2)的中心线相互平行，且真空抽气孔(5)、沉槽(10)与探针固定柱(9)形成一个“Z”字型抽真空通道。
5.根据权利要求4所述的用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，其特征在于，在探针工装(2)的上表面还开有两个与探针工装(2)的中心线相互平行的通孔(11)，每个通孔(11)的径向方向均开有一个转接口，所述转接口与氮气注入接头(3)、氮气导出接头(4)一一对应连接且分别形成氮气进气通道和氮气出气通道，所述氮气进气通道和氮气出气通道关于探针工装(2)的中心线轴对称。
6.根据权利要求1所述的用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，其特征在于，在加载区电极靶(1)上还设置有若干个细螺纹孔(12)，在探针工装(2)上设置有与细螺纹孔(12)等数量的定位通孔(13)，所述细螺纹孔(12)与定位通孔(13)一一对应且通过螺纹螺钉使加载区电极靶(1)和探针工装(2)固定为一体。
7.根据权利要求1所述的用于磁驱动斜波压缩中样品初始温度的降温装置，其特征在于，所述探针工装(2)采用不锈钢块加工而成。
8.适用于权利要求1～7所述的降温装置的降温方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：准备样品和光学测试探针，安装样品和光学测试探针，并使加载区电极靶(1)和探针工装(2)装配为一体；
B：将真空泵抽气管与探针工装(2)上的真空抽气孔(5)连接，打开真空泵，将柱体气室(6)的气压降至～10-1pa；
C：将压缩氮气注入管与探针工装(2)上的氮气注入接头(3)连接、氮气回收气管与探针工装(2)上的氮气导出接头(4)连接，并向八面体气室(7)内注入压缩氮气；
D：利用温度探针采集样品附近温度，当温度探针采集到的温度达到目的温度时，停止注入氮气；
E：降温过程完成，开展动态加载实验。
9.适用于权利要求8所述的降温装置的降温方法，其特征在于，所述步骤A具体包括以下步骤：
A1：准备样品，并将样品的两面抛光；
A2：用胶水将样品粘于加载区电极靶(1)中的柱体气室(6)内，保持样品与加载区电极靶(1)紧密粘接直至胶水固化，并将与密封圈槽(8)匹配的密封圈放入密封圈槽(8)内；
A3：将光学测试探针插入探针工装(2)，直至无法继续深入，然后用真空封泥将光学测试探针暴露在探针工装(2)外的部分密封；
A4：将带有光学测试探针的探针工装(2)置于加载区电极靶(1)的顶部，用螺纹螺钉依次穿过细螺纹孔(12)和定位通孔(11)使加载区电极靶(1)和探针工装(2)固定为一体。
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