CN110220825A - 一种超声热电复合场作用下的润湿性测试装置 - Google Patents

Abstract

一种超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，包括支架1、机械泵2、分子泵3、真空管道4、阀门5、真空炉体组件6、上端盖7、超声波组件8、端盖提升组件9、下端盖10、样品台组件11。超声波发生器8a通过波纹管组件1与上端盖7连接保持真空腔室的真空度，由升降平台1带动上下移动与样品接触或者分离。弱电馈入电极6e通过球铰链安装在炉体外壳6g的法兰上，与放置在可移动的放料平台11a上的样品片共同构成弱电测试的两极。图像采集和处理部分采用CCD数码相机或高速摄像机与光源分别放置在炉体前后并且和炉体的石英玻璃观察窗，屏蔽层上的通孔和加热通孔的对称轴线处于同一水平上。

Description

一种超声热电复合场作用下的润湿性测试装置

技术领域

本发明涉及熔滴接触角测试技术，尤其涉及超声热电复合场作用下熔滴接触角测试技术。

背景技术

润湿性是材料科学领域中普遍存在的问题，润湿性对于材料结合强度和界面结构起到非常重要的作用，润湿的性表征主要有两种，一种是测量润湿角，其中座滴法是最常用的实验方法；另一种是测量润湿力，其中最常用的方法是平衡润湿实验法。座滴法是将待熔金属放置在基体表面加热熔化，测量液滴与金属角之间润湿角的变化。

金属熔滴与固态接触时发生的润湿行为和液/固界面上原子间的交互作用，是材料制备和加工过程中常见的物理化学现象。在活性钎焊过程中，钎料对于基板的润湿是实现焊接接头连接的首要条件。目前增加润湿性的方法主要有添加活性钎剂，单纯的增加电场，磁场或者超声场。但存在以下问题：活性钎剂熔化蒸发，污染环境且焊后残留钎剂处理困难；单一物理场作用下，熔滴与样品片的润湿性改善有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声热电复合场作用下的润湿性测试装置。

本发明是一种超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，包括支架1、机械泵2、分子泵3、真空管道4、阀门5、真空炉体组件6、上端盖7、超声波组件8、端盖提升组件9、下端盖10、样品台组件11，真空炉体组件6、上端盖7、下端盖10构成真空腔室，通过真空管道4与机械泵2、分子泵3、阀门5构成的高真空系统相连接；真空炉体组件6包括由炉体外壳6g、加热电极6c、绝缘环6h、加热器6j以及放置在加热器圆周的隔热屏6i、端盖锁紧螺栓6d构成真空炉体的热源保温部分，弱电馈入电极6e和由热电偶6a、观察窗6b、引出电极6f、真空抽空挡片6k构成监测保护部分；所述超声波组件8由超声波发生器8a、第一波纹管组件8b，第一升降平台8c组成；所述超声波发生器通过第一波纹管组件8b与上端盖7连接保持真空腔室的真空度，由第一升降平台8c带动上下移动与样品接触或者分离；所述端盖提升组件9包括炉盖升降座9a、铰接套9b、导向套9c、驱动轴9d、电机组件9e，放置在支架1上的电机组件带动驱动轴沿导向套上下移动，使得通过铰接套与炉盖升降座相连的上端盖7与真空炉体组件6接触或者分离；所述样品台组件11由放料平台11a、炉底焊接法兰11b、升降杆组件11c、第二波纹管组件11d、第二升降平台11e构成；所述放料平台与升降杆组件连接，通过第二波纹管组件11d与焊接在下端盖10上的炉底焊接法兰相连接保持真空腔室的真空度，由第二升降平台11e带动上下移动调节样品片12的高度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明中设有超声波组件，弱电馈入组件和加热组件，相对于现有技术，能够通过施加超声场、热场和电场复合场显著地改善熔滴与样品片的润湿性，而无需加入活性钎剂。2、基于上述优点，本发明进一步可以将真空炉体作为气体氛围炉使用，通过调节气体的种类、流量、纯度来研究改善熔滴与样品片润湿性的方法。

附图说明

图1为本发明实施例提供的整体结构示意图，图2为本发明实施例提供的图1的侧视图，图3为本发明实施例提供的图2的全剖视图，图4为本发明实施例提供的图1的侧视图，图5为本发明实施例提供的图1的俯视图，图6为本发明实施例提供的施加复合场的结构示意图，图7为本发明实施例提供的A的局部放大示意图。附图标记及对应名称为：1—支架，2—机械泵，3—分子泵，4—真空管道，5—阀门，6—真空炉体组件，7—上端盖，8—超声波组件，9—端盖提升组件，10—下端盖，11—样品台组件，12—样品片，13—熔滴，6a—热电偶，6b—观察窗，6c—加热电极，6d—端盖锁紧螺栓，6e—弱电馈入电极，6f—引出电极，6g—炉体外壳，6h—绝缘环，6i—隔热屏，6j—加热器，6k—真空抽空挡片，8a—超声波发生器，8b—第一波纹管组件，8c—第一升降平台，9a—炉盖升降座，9b—铰接套，9c—导向套，9d—驱动轴，9e—电机组件，11a—放料平台，11b—炉底焊接法兰，11c—升降杆组件，11d—第二波纹管组件，11e—第二升降平台。

具体实施方式

如图1~图7所示，本发明是一种超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，包括支架1、机械泵2、分子泵3、真空管道4、阀门5、真空炉体组件6、上端盖7、超声波组件8、端盖提升组件9、下端盖10、样品台组件11，真空炉体组件6、上端盖7、下端盖10构成真空腔室，通过真空管道4与机械泵2、分子泵3、阀门5构成的高真空系统相连接；真空炉体组件6包括由炉体外壳6g、加热电极6c、绝缘环6h、加热器6j以及放置在加热器圆周的隔热屏6i、端盖锁紧螺栓6d构成真空炉体的热源保温部分，弱电馈入电极6e和由热电偶6a、观察窗6b、引出电极6f、真空抽空挡片6k构成监测保护部分；所述超声波组件8由超声波发生器8a、波纹管组件18b，第一升降平台8c组成；所述超声波发生器通过第一波纹管组件8b与上端盖7连接保持真空腔室的真空度，由第一升降平台8c带动上下移动与样品接触或者分离；所述端盖提升组件9包括炉盖升降座9a、铰接套9b、导向套9c、驱动轴9d、电机组件9e，放置在支架1上的电机组件带动驱动轴沿导向套上下移动，使得通过铰接套与炉盖升降座相连的上端盖7与真空炉体组件6接触或者分离；所述样品台组件11由放料平台11a、炉底焊接法兰11b、升降杆组件11c、第二波纹管组件11d、第二升降平台11e构成；所述放料平台与升降杆组件连接，通过第二波纹管组件11d与焊接在下端盖10上的炉底焊接法兰相连接保持真空腔室的真空度，由第二升降平台11e带动上下移动调节样品片12的高度。

如图1、图3所示，所述炉体外壳6g、上端盖7、下端盖10采用双层水冷结构。

如图1、图2、图3、图5、图6、图7所示，所述弱电馈入电极6e主体采用钼针与铜电极组合，通过球铰链安装在炉体外壳6g的法兰上；放料平台11a的电流通过引出电极6f引出，与弱电馈入电极作为通入的直流电或者交流电的两极，供弱电测试使用。

如图1、图2、图5、图6、图7所示，所述超声波发生器8a通过第一波纹管组件8b与上端盖7连接保持真空腔室的真空度，由第一升降平台8c带动上下移动将超声波场施加于放置于放料平台上样品片；超声波发生器端部与放料平台的支撑柱同心，且偏离放料平台中心20-40mm。

所述超声波发生器材料采用高温铌合金，耐高温1000度以上。

如图2、图3所示，所述真空炉体的热源保温部分主要包括加热电极6c、绝缘环6h、加热器6j以及放置在加热器圆周的隔热屏6i。

如图1、图2所示，所述真空炉体组件6的观察窗6b外部分别设置高速摄像机和照明系统，用来观察熔滴在样品片上的接触角变化。

现在结合附图对发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明发明的基本结构，因此仅显示与发明有关的构成。

如图1~图7所示，炉体外壳6g、上端盖7、下端盖10采用双层水冷结构，降低装置外部温度，防止密封真空的橡胶圈失效，真空腔室的极限真空度小于5*10-4Pa。

弱电馈入电极6e主体采用钼针与铜电极组合，通过球铰链安装在炉体外壳6g的法兰上，便于电极位置的调整。放料平台11a的电流通过引出电极6f引出，与弱电馈入电极作为通入的直流电或者交流电的两极，供弱电测试使用。

超声波发生器8a通过波纹管组件1与上端盖7连接保持真空腔室的真空度，由第一升降平台8c带动上下移动将超声波场施加于放置于放料平台上样品片。第一升降平台8c具有锁死功能以及位移标尺。超声波发生器材料采用高温铌合金，耐高温1000度以上。超声波发生器端部与放料平台的支撑柱同心，防止超声作用对放料平台的破坏。超声波发生器端部偏离放料平台中心20-40mm，使得置于放料平台中心的熔滴对应于观察窗的中心位置。

真空炉体的热源保温部分主要包括加热电极6c、绝缘环6h、加热器6j以及放置在加热器圆周的隔热屏6i，装置温度可以在0-1100℃内可调节。加热器采用金属钼为发热体，隔热屏采用钼片和不锈钢片复合结构，隔热效果好，耐热冲击且加热快。

本发明的工作过程为：调整He-Ne激光光源和高速摄像机水平与垂直方向与视窗6b对中，打开上端盖7，将试样放入放料平台11a中心位置，闭合上端盖，调节升降平台2的高度使试样处于视窗中心位置。打开水冷系统，抽真空至10^-4Pa。打开加热电源，启动加热系统，加热至实验温度，旋转弱电引出极，使电极与液滴接触。驱动第一升降平台8c，使超声波发生器8a下降至与样品片12接触且达到设定压力。打开高速摄像机，按设定时间间隔记录润湿角的变化。打开弱电电源，打开超声电源，分析处理输入图像，获得实验数据。

本发明的真空炉体的发热体采用金属钼，温度在到0到1100度范围内连续可调。图像采集和处理部分采用CCD数码相机或高速摄像机与光源分别放置在炉体前后并且和炉体的石英玻璃观察窗，屏蔽层上的通孔和加热通孔的对称轴线处于同一水平上。

以上述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，包括支架（1）、机械泵（2）、分子泵（3）、真空管道（4）、阀门（5）、真空炉体组件（6）、上端盖（7）、超声波组件（8）、端盖提升组件（9）、下端盖（10）、样品台组件（11），其特征在于真空炉体组件（6）、上端盖（7）、下端盖（10）构成真空腔室，通过真空管道（4）与机械泵（2）、分子泵（3）、阀门（5）构成的高真空系统相连接；真空炉体组件（6）包括由炉体外壳（6g）、加热电极（6c）、绝缘环（6h）、加热器（6j）以及放置在加热器圆周的隔热屏（6i）、端盖锁紧螺栓（6d）构成真空炉体的热源保温部分，弱电馈入电极（6e）和由热电偶（6a）、观察窗（6b）、引出电极（6f）、真空抽空挡片（6k）构成监测保护部分；所述超声波组件（8）由超声波发生器（8a）、第一波纹管组件（8b），第一升降平台（8c）组成；所述超声波发生器通过第一波纹管组件（8b）与上端盖（7）连接保持真空腔室的真空度，由第一升降平台（8c）带动上下移动与样品接触或者分离；所述端盖提升组件（9）包括炉盖升降座（9a）、铰接套（9b）、导向套（9c）、驱动轴（9d）、电机组件（9e），放置在支架（1）上的电机组件带动驱动轴沿导向套上下移动，使得通过铰接套与炉盖升降座相连的上端盖（7）与真空炉体组件（6）接触或者分离；所述样品台组件（11）由放料平台（11a）、炉底焊接法兰（11b）、升降杆组件（11c）、第二波纹管组件（11d）、第二升降平台（11e）构成；所述放料平台与升降杆组件连接，通过第二波纹管组件（11d）与焊接在下端盖（10）上的炉底焊接法兰相连接保持真空腔室的真空度，由第二升降平台（11e）带动上下移动调节样品片（12）的高度。

2.如权利要求1所述的超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，其特征在于：所述炉体外壳（6g）、上端盖（7）、下端盖（10）采用双层水冷结构。

3.如权利要求1所述的超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，其特征在于：所述弱电馈入电极（6e）主体采用钼针与铜电极组合，通过球铰链安装在炉体外壳（6g）的法兰上；放料平台（11a）的电流通过引出电极（6f）引出，与弱电馈入电极作为通入的直流电或者交流电的两极，供弱电测试使用。

4.如权利要求1所述的超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，其特征在于：所述超声波发生器（8a）通过第一波纹管组件（8b）与上端盖（7）连接保持真空腔室的真空度，由第一升降平台（8c）带动上下移动将超声波场施加于放置于放料平台上样品片；超声波发生器端部与放料平台的支撑柱同心，且偏离放料平台中心20-40mm。

5.如权利要求1所述的超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，其特征在于：所述超声波发生器材料采用高温铌合金，耐高温1000度以上。

6.如权利要求1所述的超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，其特征在于：所述真空炉体的热源保温部分主要包括加热电极（6c）、绝缘环（6h）、加热器（6j）以及放置在加热器圆周的隔热屏（6i）。

7.如权利要求1所述的超声热电复合场作用下的润湿性测试装置，其特征在于：所述真空炉体组件（6）的观察窗（6b）外部分别设置高速摄像机和照明系统，用来观察熔滴在样品片上的接触角变化。