CN111965027A - 一种显微ct原位拉伸测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显微CT原位拉伸测试装置,包括密封实验腔体、上下拉伸杆、控制系统和调节系统;所述密封实验腔体具有用于取放样品的腔体门,以及设置于密封实验腔体中段的一圈容许X射线通过的透明窗口;上下拉伸杆分别贯穿实验腔体的顶部、底部并与密封实验腔体动密封连接;控制系统包括压力控制系统和温度控制系统,压力控制系统用于控制密封实验腔体中的气氛,温度控制系统用于控制密封实验腔体中样品的温度,其包括加热灯具和温度传感器;调节系统用于调节样品空间位置,其包括调控台和六角台,通过转接板动密封连接于密封实验腔体底部。本发明可在CT拉伸实验过程中对样品进行精准控制地加温、加压,且结构简单,体积小,实验精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种显微CT原位拉伸测试装置。
背景技术
原位拉伸显微CT是测量运用于复杂环境材料如熔盐堆材料的分析方法。在采用该方法分析固体材料特别是复合材料中的纳米结构时常需要同时对样品进行应力加载及加温,加不同气氛,为保证实验所需的温度及反应气氛等原因,需要提供不同的温度及气氛条件。比如,在研究复合材料在熔盐作用下的力学及破坏行为,某些材料在较高温度及不同压力环境下服役情况等。在对样品进行加热加压加载的同时还可以进行CT扫描实验,可以研究复杂环境下材料的力学和破坏机理。鉴于拉伸实验的广泛运用和一些材料的特殊服役环境,加上CT检测的无损和高分辨率的优点,CT拉伸实验装置有较广泛的市场需求。
然而,现有的拉伸实验的原位装置一般用于拉伸、压缩、剪切、弯曲等试验,对于实验过程中暴露在高温和不同压力环境中的样品不适用。即使部分现有原位拉伸测试装置能够提供温度、气氛调节功能,但其控制精度和控制范围往往难以达到要求。
综上可知,亟需一种显微CT原位拉伸测试装置,实现在拉伸实验过程中对样品进行精准控制地加温、加压,且可同步进行CT实验,结构简单,体积小,实验精度高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足,提供一种显微CT原位拉伸测试装置,可在CT拉伸实验过程中对样品进行精准控制地加温、加压,且结构简单,体积小,实验精度高。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
一种显微CT原位拉伸测试装置,包括密封实验腔体、上下拉伸杆、控制系统和调节系统;所述密封实验腔体具有用于取放样品的腔体门,以及设置于密封实验腔体中段的一圈容许X射线通过的透明窗口;上下拉伸杆分别贯穿实验腔体的顶部、底部并与密封实验腔体动密封连接;控制系统包括压力控制系统和温度控制系统,压力控制系统用于控制密封实验腔体中的气氛,温度控制系统用于控制密封实验腔体中样品的温度,其包括加热灯具和温度传感器;调节系统用于调节样品空间位置,其包括调控台和六角台,通过转接板动密封连接于密封实验腔体底部。
优选地,所述加热灯具包括偶数个相同的射灯,所述射灯两两对称地布置于密封实验腔体侧壁上,所有射灯的发射光会聚于样品上。
进一步地,所述加热灯具具有用于调节射灯自身温度的冷却机构。
优选地,所述射灯数量为4个。
优选地,所述射灯为卤素灯。
进一步地,所述加热灯具还包括用于调节射灯与样品距离的调节机构。
优选地,所述压力控制系统包括压力表、背压阀、高压电磁阀、挡板阀、真空规管,均以焊接方式连接在密封实验腔体上。
优选地,所述透明窗口的形状为圆环状,材质为聚甲基丙烯酸甲酯。
优选地,用波纹管实现所述动密封连接。
优选地,该装置的主体材料为316合金。
相比现有技术,本发明技术方案具有以下有益效果:
本发明可在CT拉伸实验过程中对样品进行精准控制地加温、加压,且结构简单,体积小,实验精度高。
附图说明
图1为本发明显微CT原位拉伸测试装置的结构示意图;图中包含以下附图标记:1、加载装置,2、 拉伸杆, 3、 波纹管, 4、密封实验腔体, 5、加热灯具,6、水冷槽, 7、法兰组件,8、螺丝,9、试验样品, 10、腔体壁, 11、压力控制系统, 12、调节系统, 13、透明窗口,14、样品固定槽。
图2为透明窗口的结构示意图;
图3为调节系统的外观示意图。
具体实施方式
针对现有技术不足,本发明的目的是提供一种可在CT拉伸实验过程中对样品进行精准控制地加温、加压,且结构简单,体积小,实验精度高的显微CT原位拉伸测试装置。
具体而言,本发明的显微CT原位拉伸测试装置,包括密封实验腔体、上下拉伸杆、控制系统和调节系统;所述密封实验腔体具有用于取放样品的腔体门,以及设置于密封实验腔体中段的一圈容许X射线通过的透明窗口;上下拉伸杆分别贯穿实验腔体的顶部、底部并与密封实验腔体动密封连接;控制系统包括压力控制系统和温度控制系统,压力控制系统用于控制密封实验腔体中的气氛,温度控制系统用于控制密封实验腔体中样品的温度,其包括加热灯具和温度传感器;调节系统用于调节样品空间位置,其包括调控台和六角台,通过转接板动密封连接于密封实验腔体底部。
其中加热灯具是精确控制样品温度的核心部件,相比于常规的电加热或燃气加热的方式,采用灯光加热,可将热量集中在样品上并可很精准地控制施加的热量;优选地,所述加热灯具包括偶数个相同的射灯,所述射灯两两对称地布置于密封实验腔体侧壁上,所有射灯的发射光会聚于样品上。综合考虑加热效率以及装置的紧凑性,所述射灯数量优选为4个。所述射灯优选为卤素灯。
为了防止加热灯具本身过热而降低使用寿命,进一步地,所述加热灯具具有用于调节射灯自身温度的冷却机构。所述冷却机构可以采用气冷、液冷等冷却方式,优选采用水冷方式。
为了更精确地调控样品温度,所述加热灯具还包括用于调节射灯与样品距离的调节机构。
压力控制系统用于对密封实验腔体内的气氛进行精确调节,优选地,所述压力控制系统包括压力表、背压阀、高压电磁阀、挡板阀、真空规管,均以焊接方式连接在密封实验腔体上。
优选地,所述透明窗口的形状为圆环状,在透光的同时起到了承载的作用;其材质优选为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯),在具有良好透光性能的同时,PMMA材料还具有良好的耐高温性能,能够满足高温试验的要求。
优选地,用波纹管实现所述动密封连接。
优选地,该装置的主体材料为316合金,其耐蚀性、耐大气腐蚀和高温强度特别好,可在苛酷的条件下使用。
为便于公众理解,下面结合附图来对本发明的技术方案进行进一步详细说明:
图1为本发明的整体结构示意图,显示了整个装置的纵剖面。如图1所示,4为进行实验的密封实验腔体,13为设置于密封实验腔体4中段的一圈容许X射线通过的透明窗口,透明窗口13和密封实验腔体4之间连接用法兰7密封,密封处采用大直径螺丝8固定,透明窗口13和密封实验腔体4之间有垫放橡胶圈的凹槽,组装时垫有橡胶圈,以保证整体密封性;透明窗口13的材料采用PMMA材料,在具有良好透光性能的同时,PMMA材料还具有良好的耐高温性能,能够满足高温试验的要求,同时还能起到承载作用;如图2所示,本实施例中的透明窗口13制作成圆环状,在进行CT实验时,可保证密封实验腔体4旋转时X光对样品扫描不受窗口形状的影响;上下拉伸杆2分别贯穿腔体的顶部、底部并与密封实验腔体4动密封连接,本实施例中采用波纹管3进行动密封连接,以保证整个装置的密封性;在加载装置1中设置有高精度力学传感器,用于对拉力或压力进行实时监测;12为包括上部调控台和底部六角台的调节系统,其外观如图3所示,腔体与调节系统之间通过转接板连接,二者组合对腔体进行精细调节,调控台可以沿X轴Y轴移动,调控台和六角台具有很高的旋转精度,能确保高分辨率的要求,以保证成像分辨率在1μm以内,确保可以清楚的观察到材料内部的裂纹扩展和应力特性等特点,通过精细调节调控台和底部六角台使X射线聚焦于样品上,在使用射灯进行加热过程中,也可通过调节调控台和底部六角台使光线聚焦于样品上,X射线的聚焦和射灯的加热聚焦都可以通过调控台和底部六角台实现;6为水冷槽,均焊接在腔体表面,实验过程中进行水冷以避免装置过热受损;11为压力控制系统,包括压力表、背压阀、高压电磁阀、挡板阀、真空规管,均以焊接方式连接在密封实验腔体4上,工艺气体通过高压电磁阀充入腔体,可通过手动调节背压阀设定腔体压力上限,当压力超过设定值时工艺气体通过背压阀排出,高精度压力传感器可实时采集腔体内压力值,并可与高压电磁阀联动控制腔体内的压力;5为伸入腔体内部,法兰密封固定的加热灯具,其包括两两对称地布置于密封实验腔体4侧壁上的四个卤素射灯,所有射灯的发射光会聚于调控台上表面的样品放置处,四个卤素射灯通过功率调节可控制样品温度±10℃,并且加热灯具5带有调节机构,可以调整卤素射灯与样品的距离,同时调节机构还带有水冷机构,可防止加热过程中灯自身过热;14为样品固定槽,此装置上有凹槽,将样品两端置于凹槽内,最后用螺丝穿过样品与凹槽,完成固定,在实验时样品表面带有热电偶测温元件,可以对温度进行实时监测和调控。
上述测试装置中的主体部件均采用316合金,其耐蚀性、耐大气腐蚀和高温强度特别好,可在苛酷的条件下使用。、
利用本发明测试系统测试时的流程具体如下:
步骤1、打开腔体门,将带有热电偶的待测样品固定在腔体内;
步骤2、通过压力控制系统将腔体内压强调节至所需水平,打开加热灯具,开启水冷装置,开启测温装置,将温度调节至所需水平,调节调控台和六角台,将样品调至合适位置;
步骤3、X射线通过窗口射入,开始进行力学试验,并且进行同步辐射CT扫描;
步骤4、完成测试后,关闭CT扫描系统,将腔体内气氛和温度恢复至常温常压,将样品取出。
本发明配合CT扫描使用,可对被测样品进行在力学使役环境下的微观变形,损伤和断裂过程进行原位检测,为揭示脆性材料样品的形变、微观结构在应力下的变化提供了有效、可靠的测试手段,具有重要使用意义。
Claims (10)
1.一种显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,包括密封实验腔体、上下拉伸杆、控制系统和调节系统;所述密封实验腔体具有用于取放样品的腔体门,以及设置于密封实验腔体中段的一圈容许X射线通过的透明窗口;上下拉伸杆分别贯穿实验腔体的顶部、底部并与密封实验腔体动密封连接;控制系统包括压力控制系统和温度控制系统,压力控制系统用于控制密封实验腔体中的气氛,温度控制系统用于控制密封实验腔体中样品的温度,其包括加热灯具和温度传感器;调节系统用于调节样品空间位置,其包括调控台和六角台,通过转接板动密封连接于密封实验腔体底部。
2.如权利要求1所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,所述加热灯具包括偶数个相同的射灯,所述射灯两两对称地布置于密封实验腔体侧壁上,所有射灯的发射光会聚于样品上。
3.如权利要求2所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,所述加热灯具具有用于调节射灯自身温度的冷却机构。
4.如权利要求2所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,所述射灯数量为4个。
5.如权利要求2所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,所述射灯为卤素灯。
6.如权利要求2所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,所述加热灯具还包括用于调节射灯与样品距离的调节机构。
7.如权利要求1所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,所述压力控制系统包括压力表、背压阀、高压电磁阀、挡板阀、真空规管,均以焊接方式连接在密封实验腔体上。
8.如权利要求1所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,所述透明窗口的形状为圆环状,材质为聚甲基丙烯酸甲酯。
9.如权利要求1所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,用波纹管实现所述动密封连接。
10.如权利要求1所述显微CT原位拉伸测试装置,其特征在于,该装置的主体材料为316合金。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201120 |
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