CN110082372A - 一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，包括加热炉，水泵，温控装置，加热炉上设有密封盖，密封盖上设有进光口，密封盖内设有水冷单元Ⅰ；在加热炉内均设有水冷单元Ⅱ和加热单元；在加热炉内设有实验腔，加热炉的侧壁上进气口、出气口、出光口，进光口和出光口位于同一直线并均与实验腔垂直相通，且在进光口和出光口处均设有透光密封膜；实验腔内设有温度检测组件和样品夹持组件；温度检测组件与温控装置连接。本发明装置轻便，便于携带；在实验腔内部设有内部加热丝、热电偶和循环水冷系统，便于操作对样品熔化和凝固温度的准确掌控；本发明设有进气口、出气口，可充入保护气体，防止样品在加热过程氧化。

Description

一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置

技术领域

本发明属于实验教学设备技术领域，具体涉及一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置。

背景技术

凝固微观组织是连接合金成分与性能的桥梁，准确认识和把握合金凝固微观组织的形成机理、主导因素与控制途径，有利于精确控制和设计材料组织结构以提高材料的综合性能，对合金性能的提升具有重要的工程指导意义。由于合金凝固组织的不透明性、微纳米性及凝固常常发生在高温环境，传统的表征技术并不能对整个凝固过程进行动态、完整、实时的观测。但是同步辐射原位成像技术的出现，使得原位观察金属凝固的动态演化成为可能。但是同步辐射原位观测过程涉及合金的实时熔化与凝固，在大多实验过程由于密封不足导致样品在加热过程发生氧化和温度控制不精确等问题严重影响合金微观组织演化的观测。

发明内容

针对上述现有技术中描述的不足，本发明提供一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，相比现有技术安全性更高，更轻便，温度控制更精确，密封效果更好，同步辐射观测效果更好。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，包括加热炉，水泵，温控装置，加热炉上部设有密封盖并由密封盖通过螺栓密封，便于样品的固定和更换；且密封盖上设有进光口，密封盖内设有水冷单元Ⅰ。

所述水冷单元Ⅰ，包括水冷管道Ⅰ、进水口Ⅰ、出水口Ⅰ，水冷管道Ⅰ嵌设在密封盖内，进水口Ⅰ、出水口Ⅰ均露出密封盖，进水口Ⅰ与水泵的出水口连通，出水口Ⅰ通过导管与水冷单元Ⅱ的进水口Ⅱ连通。

在加热炉内均设有水冷单元Ⅱ和加热单元，水冷单元Ⅱ和加热单元与水冷单元Ⅰ共同组成调温组件；且水冷单元Ⅰ与水泵连通，水冷单元Ⅰ与水冷单元Ⅱ连通。

所述水冷单元Ⅱ，包括水冷管道Ⅱ、进水口Ⅱ、出水口Ⅱ；水冷管道Ⅱ嵌设在加热炉内，出水口Ⅱ与水泵的进水口连通，使水冷单元Ⅰ、水冷单元Ⅱ和水泵构成循环水冷系统，实现对实验腔的降温。

所述加热单元，包括加热丝，加热丝呈X状布设在实验腔内壁，给实验腔加热，使样品熔化，设置成X形状组合也是为了使样品受热更加均匀。

在加热炉内设有实验腔，加热炉的侧壁上进气口、出气口、出光口，进光口和出光口位于同一直线并均与实验腔垂直相通，且在进光口和出光口处均设有透光密封膜。

实验腔内设有温度检测组件和样品夹持组件；样品设在样品夹持组件上，温度检测组件检测样品的温度并传输到温控装置上，温控装置显示温度并与加热单元连接。所述温控装置包括温度调节器和电脑。

所述温度检测组件，包括热电偶，热电偶贴附在固定式样品夹片和拆卸式样品夹片上，并通过加热炉内设置的引线柱引出至温控装置中，可以在样品上下两面进行均匀分布，提高检测准确度。

所述样品夹持组件，包括样品台、固定式样品夹片、拆卸式样品夹片、样品台支撑架；样品台上设有固定式样品夹片和拆卸式样品夹片；样品通过固定式样品夹片和拆卸式样品夹片竖直夹放在样品台上，样品台由样品台支撑架支撑。

为了稳定加热炉，所述加热炉的炉体与支撑架连接。

一种同步辐射原位成像实验凝固装置的使用方法，步骤如下：

S，打开密封盖，将样品用固定式样品夹片和拆卸式样品夹片夹设在样品台上，并在固定式样品夹片和拆卸式样品夹片上均匀贴附热电偶，并将热电偶与温控装置连接；

S，盖上密封盖，从进气口向实验腔充入惰性气体；

S，将X射线从进光口射入实验腔并穿透样品从出光口射出；

S，通过加热加热丝对样品进行升温，通过水冷管道通入冷水循环进行降温，通过热电偶与温控装置连接进行测量样品温度。

本发明与现有技术相比显著的优势在于：第一、装置轻便，便于携带；第二、在实验腔内部设有内部加热丝、热电偶和循环水冷系统，便于操作对样品熔化和凝固温度的准确掌控；通过控制进水、出水量大小与加热丝温度的上升与下降达到样品温度梯度的控制；第三，本发明设有进气口、出气口，可填充惰性气体，防止样品在加热过程氧化。本发明使得同步辐射原位观测合金围观组织演化过程成功率大幅提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的正面结构示意图。

图2为本发明的侧面结构示意图。

图3为本发明拆卸式样品夹片及热电偶结构示意图。

图4为本发明的密封盖结构示意图。

图5为本发明的控制原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，如图1-5所示，包括加热炉3，水泵17，温控装置18，为了稳定加热炉，所述加热炉3的炉体与支撑架1连接。

加热炉3上部设有密封盖20并由密封盖20通过螺栓25密封，便于样品的固定和更换；且密封盖20上设有进光口23；密封盖20内设有水冷单元Ⅰ。

所述水冷单元Ⅰ，如图1所示，包括水冷管道Ⅰ2-1、进水口Ⅰ21、出水口Ⅰ22，水冷管道Ⅰ2-1嵌设在密封盖20内，进水口Ⅰ21、出水口Ⅰ22均露出密封盖，进水口Ⅰ21与水泵17的出水口15连通，出水口Ⅰ22通过导管与水冷单元Ⅱ的进水口Ⅱ14连通。

在加热炉3内均设有水冷单元Ⅱ和加热单元，水冷单元Ⅱ和加热单元与水冷单元Ⅰ共同组成调温组件；且水冷单元Ⅰ与水泵17连通，水冷单元Ⅰ与水冷单元Ⅱ连通。

所述水冷单元Ⅱ，如图3所示，包括水冷管道Ⅱ2-2、进水口Ⅱ14、出水口Ⅱ7；水冷管道Ⅱ2-2嵌设在加热炉3内，出水口Ⅱ7与水泵17的进水口16连通，使水冷单元Ⅰ、水冷单元Ⅱ和水泵构成循环水冷系统，实现对实验腔的降温。

所述加热单元，如图1和2所示，包括加热丝5，加热丝5是通过加热炉侧壁上的加热丝插口入并呈X状布设在实验腔8内壁，给实验腔加热，使样品熔化，设置成X形状组合也是为了使样品受热更加均匀，而加热丝的通电接口是设置在加热炉内壁的导电柱，温控装置通过导线与导电柱连接实现对加热丝的控制。

在加热炉3内设有实验腔8，加热炉3的侧壁上进气口12、出气口6、出光口24、热电偶插口28和加热丝插口29，进光口23和出光口24位于同一直线并均与实验腔8垂直相通，且在进光口23和出光口24处均设有透光密封膜，所述透光密封膜为Kapton高温膜。惰性气体从进气口12进入实验腔内8杜绝样品在实验过程被氧化。

实验腔8内设有温度检测组件和样品夹持组件；样品设在样品夹持组件上，温度检测组件检测样品的温度并传输到温控装置18上，温控装置18显示温度并与加热丝连接。所述温控装置18包括温度调节器26和电脑27。

所述温度检测组件，如图4所示，包括热电偶4，热电偶4贴附在固定式样品夹片10和拆卸式样品夹片19上，可以在样品上下两面进行均匀分布，提高检测准确度，热电偶通过加热炉壁上的热电偶插口装入，在本实施例中，固定式样品夹片10和拆卸式样品夹片19上均设有与进光口和出光口相匹配的通光孔。

所述样品夹持组件，如图1所示，包括样品台13、固定式样品夹片10、拆卸式样品夹片19、样品台支撑架11；样品台13上设有固定式样品夹片10和拆卸式样品夹片19；样品通过固定式样品夹片10和拆卸式样品夹片19竖直夹放在样品台13上，样品台13由样品台支撑架11支撑。

实施例2：一种同步辐射原位成像实验凝固装置的使用方法，步骤如下：

S1，打开密封盖20，将样品用固定式样品夹片10和拆卸式样品夹片19夹设在样品台13上，并在固定式样品夹片10和拆卸式样品夹片19上均匀贴附热电偶4，并将热电偶4与温控装置18连接；

S2，盖上密封盖20，从进气口12向实验腔8充入惰性气体；

S3，将X射线从进光口23射入实验腔8并穿透样品从出光口24射出；

S4，通过加热加热丝5对样品进行升温，通过水冷管道2通入冷水循环进行降温，通过热电偶4与温控装置18连接进行测量样品温度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，包括加热炉（3），水泵（17），温控装置（18），其特征在于：加热炉（3）上部设有密封盖（20）并由密封盖（20）密封，且密封盖（20）上设有进光口（23），密封盖（20）内设有水冷单元Ⅰ；在加热炉（3）内均设有水冷单元Ⅱ和加热单元，水冷单元Ⅱ和加热单元与水冷单元Ⅰ共同组成调温组件；且水冷单元Ⅰ与水泵（17）连通，水冷单元Ⅰ与水冷单元Ⅱ连通；在加热炉（3）内设有实验腔（8），加热炉（3）的侧壁上进气口（12）、出气口（6）、出光口（24），进光口（23）和出光口（24）位于同一直线并均与实验腔（8）垂直相通，且在进光口（23）和出光口（24）处均设有透光密封膜；

实验腔（8）内设有温度检测组件和样品夹持组件；样品设在样品夹持组件上，温度检测组件检测样品的温度并传输到温控装置（18）上，温控装置（18）显示温度并与加热单元连接。

2.根据权利要求1所述的便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，其特征在于：所述水冷单元Ⅰ，包括水冷管道Ⅰ（2-1）、进水口Ⅰ（21）、出水口Ⅰ（22），水冷管道Ⅰ（2-1）嵌设在密封盖（20）内，进水口Ⅰ（21）、出水口Ⅰ（22）均露出密封盖，进水口Ⅰ（21）与水泵（17）的出水口（15）连通，出水口Ⅰ（22）通过导管与水冷单元Ⅱ的进水口Ⅱ（14）连通；所述水冷单元Ⅱ，包括水冷管道Ⅱ（2-2）、进水口Ⅱ（14）、出水口Ⅱ（7）；水冷管道Ⅱ（2-2）嵌设在加热炉（3）内，出水口Ⅱ（7）与水泵（17）的进水口（16）连通，使水冷单元Ⅰ、水冷单元Ⅱ和水泵构成循环水冷系统。

3.根据权利要求1或2所述的便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，其特征在于：所述加热单元，包括加热丝（5），加热丝（5）布设在实验腔（8）内壁。

4.根据权利要求3所述的便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，其特征在于：所述样品夹持组件，包括样品台（13）、固定式样品夹片（10）、拆卸式样品夹片（19）、样品台支撑架（11）；样品台（13）上设有固定式样品夹片（10）和拆卸式样品夹片（19）；样品通过固定式样品夹片（10）和拆卸式样品夹片（19）竖直夹放在样品台（13）上，样品台（13）由样品台支撑架（11）支撑。

5.根据权利要求3所述的便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，其特征在于：所述温度检测组件，包括热电偶（4），热电偶（4）贴附在固定式样品夹片（10）和拆卸式样品夹片（19）上。

6.根据权利要求1所述的便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，其特征在于：所述加热炉（3）与密封盖（20）通过螺栓（25）密封。

7.根据权利要求1或6所述的便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，其特征在于：所述加热炉（3）的炉体与支撑架（1）连接。

8.根据权利要求1所述的便携式同步辐射状态原位成像实验凝固装置，

其特征在于：所述温控装置（18）包括温度调节器（26）和电脑（27）。

9.根据权利要求1-7中任一所述的同步辐射原位成像实验凝固装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：

S1，打开密封盖（20），将样品用固定式样品夹片（10）和拆卸式样品夹片（19）夹设在样品台（13）上，并在固定式样品夹片（10）和拆卸式样品夹片（19）上均匀贴附热电偶（4），并将热电偶（4）与温控装置（18）连接；

S2，盖上密封盖（20），从进气口（12）向实验腔（8）充入惰性气体；

S3，将X射线从进光口（23）射入实验腔（8）并穿透样品从出光口（24）射出；

S4，通过加热加热丝（5）对样品进行升温，通过水冷管道（2）通入冷水循环进行降温，通过热电偶（4）与温控装置（18）连接进行测量样品温度。