CN112575384A - 一种中子单色器用非完美单晶片的高温成型设备 - Google Patents

Abstract

一种中子单色器用非完美单晶片的高温成型设备由加热电炉、温度控制系统、模具系统、加载系统、真空保护系统、操作台、辅助系统组成；模具系统由顶板、上模、下模、固定板组成，通过旋转上、下模具，模具系统能在整平和弯曲两种状态进行切换。本设备原理简单，大大简化传统非完美单晶锗片的成型装置，可极大缩短成型时的辅助时间，提高生产效率。

Description

一种中子单色器用非完美单晶片的高温成型设备

技术领域

本发明属于一种薄片的高温成型装置，尤其涉及到一种中子单色器用非完美单晶片的高温成型设备。

背景技术

反应堆和加速器提供的慢中子通常都具有连续的能谱，而中子散射实验须提供某个一个很窄特定波长范围的“单色中子”。利用晶体的Bragg相干散射从白光中子源，通过反射和透射来获得所需“单色中子”，这是中子散射频谱仪最常用的方法。中子单色器就是利用晶体的Bragg反射形成所需“单色中子”。因此，中子单色器是中子散射频谱仪上一种常见的中子光学组件，对频谱仪的分辨率和入射中子束强度有着重要影响，被称为中子散射频谱仪的“心脏”。为提高出射中子的强度，通常采用非完美晶体仍然是中子单色器或中子分析器的首要选择。

人工单晶是由尺寸非常小嵌镶块组成，嵌镶块内具有完美的周期分布的点阵结构，但镶嵌块之间存在厚度为几埃的无序原子层。为了获取足够的中子强度，单色器用的嵌镶晶体宽度必须匹配入射束的水平发散，约为0.3-05°。而人工单晶的嵌镶度非常小，需要增加几十倍后才能用作中子单色器。在晶体中引入大的嵌镶结构被称为嵌镶延展技术，增加嵌镶宽度，将极大地提高晶体Bragg反射的强度，满足中子频谱仪对强度的需求。

目前，制备中子单色器用非完美晶体片主要采用单晶热压形变技术（肖红文等，锗单晶热压形变装置，专利号：200710151357.X， 2007.9.30；肖红文 等， 锗单晶热压形变工艺， 专利号：200710151358.4,2007.9.30）。但本方法制备非完美单晶锗片需要经过正向弯曲、整平、反向弯曲多个循环过程。由于锗片需在真空环境的高温下变形，其每个工位只能完成一个变形工序，其每道次工序需要锗片装片、真空保护、加热、成形、冷却，该设备设计了多个工位，其生产流程长，生产效率低下。

发明内容

针对已有设备的不足。本发明提供一种中子单色器用非完美单晶片的高温成型装置，其特征在于，装置由由加热电炉、温度控制系统、模具系统、加载系统、真空保护系统、操作台、辅助系统组成。

所述加热电炉的最高加热温度不高于1250°，炉膛为圆柱形且炉口朝下，加热电炉具有升降功能、或炉膛为组合式具有开闭的功能。

所述真空保护系统由玻璃罩、玻璃罩支撑板、阻挡法兰、真空泵、真空计、连接接头、以及管路组成；

进一步，所述玻璃罩主体为圆柱体，一端为穹顶封闭，另一端为通孔，玻璃罩在处于保护状态时，玻璃罩呈立式放置并通孔端朝下，通孔端处于操作台的水冷套箱内并被玻璃罩支撑板所支撑，玻璃罩支撑板可沿垂直方向上下移动，本设备处于工作状态时，水冷套箱内的液面始终高于玻璃罩的通孔端面，玻璃罩通孔端采用阻挡法兰+密封圈的形式密封，阻挡法兰固定于操作台，在玻璃罩的圆柱面开设有操作口，操作口装配有不透气材质的手套，手套与玻璃罩之间采用法兰与胶接方式密封。

进一步，所述管路连接真空泵与玻璃罩，管路采用硬质管形式，管路通过连接接头与玻璃罩的内腔想通，管路另一端与真空计和真空泵相连，其相互之间的连接采用卡扣、或螺纹、或胶接的形式。

所述操作台的主体为水冷套箱结构，水冷套箱开设有环形槽，环形槽的小圆与玻璃罩之间采用阻挡法兰加密封圈的密封形式，环形槽大圆与玻璃罩存在不小于5mm的缝隙。

所述温度控制系统包含热电偶和温度控制仪、以及连接线，热电偶的最高工作温度为1250 ℃，热电偶安置于玻璃罩的内腔，热电偶的连接线从阻挡法兰中引出玻璃罩，其连接线与阻挡法兰的密封形式采用胶接方法，温度控制仪选择与热电偶相匹配的温控仪。

所述辅助系统包含绝热垫、置放架、以及保护层。

进一步，所述绝热垫安置于在阻挡法兰的上部，绝热垫开设有便于取放非完美单晶片的缺口；在本装置处于装片或移片时，玻璃罩上升，绝热垫处于操作口之下，本装置处于加热状态时，玻璃罩下移，操作口处于绝热垫之下；

进一步，所述置物架处于绝热垫和阻挡法兰之间，绝热垫、置物架、阻挡法兰三者之间位置相对固定；

进一步，所述保护层为复合结构包含有绝热层、散热层和隔离层，散热层为里层紧贴玻璃罩外壳，隔离层为中间层采用不透水材料制成、绝热层为外层，散热层的散热介质为水，散热的主要方向为垂直向下，在玻璃罩处于被加热状态时，保护层包覆玻璃罩操作口及以下的外壳部分，以免除操作手套受高温的影响。

所述模具系统由顶板、上模、下模、固定板组成，工作状态时模具系统均置于玻璃罩的内腔，上、下模具的材料采用耐热钢、不锈钢或陶瓷制成，通过旋转上和下模具，模具系统可在整平或弯曲两种工艺中切换；

进一步，所述顶板的主体为处在同一平面且平行布置的两块固定板，

进一步，所述固定板的主体为两块金属板件，金属板件的大平板面与弯曲成形模具的中心轴线垂直，每块固定板均开设有便于上模和下模上下移动和旋转的导向槽两条，模具两端则内嵌于导向槽内，且在上模导向槽内设置有止降的结构，在每条导向槽的下部，上模、下模均能绕自身轴线旋转180°；

进一步，所述上模集合了弯曲凸模、整平模具功能，弯曲凸模和整平模具相背设置，上模的两端则内嵌于固定板的导向槽内，在上模与两端垂直的方向的两侧设置有固定翅，每侧固定翅均有两个工作面，无论模具处于何种工作状态时，在加载系统作用下固定翅的工作面与顶板均能实现紧贴；

进一步，所述下模集合了弯曲凹模、整平模具功能，弯曲凹模和整平模具相背设置（如图1中所示），下模的两端则内嵌于固定板的导向槽内，在与下模两端垂直的方向的两侧设置有固定翅，每侧固定翅均有两个工作面，无论模具处于何种工作状态时，固定翅的工作面与上模的固定翅均能实现紧贴。

所述加载系统，其特征在于加载系统采用气压或油压加载方式，加载对象为下模，下模的加载压力、加载速度以及加载时间可调控。

本发明的优点在于：

1.通过模具自身的旋转，本套模具集成了弯曲和整平功能，简化了设备；

2.在玻璃罩开设了操作口，无须等非完美单晶片冷却至室温再进行下个变形工序操作，可极大地减少冷却等待、加热的时间，极大地提高生产效率；

3.在玻璃罩内设置有锗片置物架，从而一个真空操作期间可成型多片非完美单晶片；

4.采用了绝热垫，降低了加热区对置物架非完美单晶和操作手套的影响；

5.在玻璃罩处于被加热状态时，玻璃罩操作口及以下的外壳部分包覆有绝热层和散热层，进一步保护了操作手套。

附图说明

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

图1为本发明装置的示意图，1为加热电炉，加热电炉的最高加热温度不高于1250°，炉膛为圆柱形且炉口朝下，加热电炉具有升降功能，或炉膛为组合式其部分炉膛具有旋转开闭的功能；2为玻璃罩，采用高硅玻璃或石英玻璃制成，玻璃罩主体为圆柱形，一端封闭，另一端开口，圆柱面上开设有操作口； 3为顶板，采用金属材料制成；4为上模，采用耐热钢、或不锈钢或陶瓷材料制成； 5为固定板，采用耐热钢、不锈钢制成，固定板为2块，分立于模具两侧，固定板的大平板面与弯曲成形模具的中心轴线垂直，每块固定板均开设有便于上模和下模上下移动和旋转的导向槽两条，模具两端内嵌于导向槽内，且在上模导向槽内设置有止降的结构，在每条导向槽的下部，上模、下模均能绕自身轴线旋转180°；

6为下模，采用耐热钢、或不锈钢或陶瓷材料制成；7为绝热垫，采用多孔绝热材料制成；8为置物架，采用金属材料制成；9为阻挡法兰，采用金属材料制成，阻挡法兰与玻璃罩之间采用密封圈形式密封；10为温度控制系统；11为真空泵；12为玻璃罩支撑板，采用金属材料制成；13为操作台，操作台主体为水冷套箱，采用金属材料制成；14为保护层，其为复合结构绝热层、散热层和隔离层，散热层为里层紧贴玻璃罩外壳，隔离层为中间层采用不透水材料制成、绝热层为外层，散热层的散热介质为水，散热的主要方向为垂直向下，在玻璃罩处于被加热状态时，保护层包覆玻璃罩操作口及以下的外壳部分，以免除操作手套受高温的影响；15为操作手套，采用不透气材料制成；16为加载系统，采用气压或油压加载方式；17为非完美单晶片。

具体实施方式

本装置原理如如图1所示。1为加热电炉，加热电炉的最高加热温度不高于1250°，炉膛为圆柱形且炉口朝下，加热电炉具有升降功能，或炉膛为组合式其部分炉膛具有旋转开闭的功能；2为玻璃罩，采用高硅玻璃或石英玻璃制成，玻璃罩主体为圆柱形，一端封闭，另一端开口，圆柱面上开设有操作口； 3为顶板，采用金属材料制成；4为上模，采用耐热钢、或不锈钢或陶瓷材料制成； 5为固定板，采用耐热钢、不锈钢制成，固定板为2块，分立于模具两侧，固定板的大平板面与弯曲成形模具的中心轴线垂直，每块固定板均开设有便于上模和下模上下移动和旋转的导向槽两条，模具两端内嵌于导向槽内，且在上模导向槽内设置有止降的结构，在每条导向槽的下部，上模、下模均能绕自身轴线旋转180°；

6为下模，采用耐热钢、或不锈钢或陶瓷材料制成；7为绝热垫，采用多孔绝热材料制成；8为置物架，采用金属材料制成；9为阻挡法兰，采用金属材料制成，阻挡法兰与玻璃罩之间采用密封圈形式密封；10为温度控制系统；11为真空泵；12为玻璃罩支撑板，采用金属材料制成；13为操作台，操作台主体为水冷套箱，采用金属材料制成；14为保护层，其为复合结构绝热层、散热层和隔离层，散热层为里层紧贴玻璃罩外壳，隔离层为中间层采用不透水材料制成、绝热层为外层，散热层的散热介质为水，散热的主要方向为垂直向下，在玻璃罩处于被加热状态时，保护层包覆玻璃罩操作口及以下的外壳部分，以免除操作手套受高温的影响；15为操作手套，采用不透气材料制成；16为加载系统，采用气压或油压加载方式；17为非完美单晶片。

Claims (4)

1.一种中子单色器用非完美单晶片的高温成型设备由加热电炉、温度控制系统、模具系统、加载系统、真空保护系统、操作台、辅助系统组成；

其特征在于，加热电炉的最高加热温度不高于1250°，炉膛为圆柱形且炉口朝下，加热电炉垂直上下升降或电炉结构为半圆柱开合型；真空系统由玻璃罩、玻璃罩支撑板、真空泵、真空计、连接接头、以及管路组成；模具系统由顶板、上模、下模、固定板组成，通过旋转上、下模具，模具系统能在整平和弯曲两种状态进行切换。

2.根据权利要求1所述玻璃罩，其特征在于，玻璃罩主体为圆柱体，一端为穹顶封闭，另一端为通孔，玻璃罩在处于保护状态时，玻璃罩呈立式放置并通孔端朝下，通孔端处于操作台的水冷套箱内并被玻璃罩支撑板所支撑，玻璃罩支撑板可沿垂直方向上下移动；在玻璃罩的圆柱面开设有操作口，操作口装配有不透气材质的手套，手套与玻璃罩之间采用法兰；进一步，所述热电偶的连接线从阻挡法兰中引出玻璃罩，其连接线与阻挡法兰的密封形式采用胶接方法；

进一步，所述管路连接真空泵与玻璃罩，管路采用硬质管形式，管路通过连接接头与玻璃罩内腔想通，管路另一端与真空计和真空泵相连，之间的连接采用卡扣、或螺纹、或胶接的形式；

进一步，所述操作台的主体为水冷套箱结构，水冷套箱开设有环形槽，环形槽的小圆与玻璃罩之间采用阻挡法兰加密封圈的密封形式，环形槽大圆与玻璃罩之间采用密封圈形式； 所述辅助系统包含绝热垫、置放架、以及保护层；

进一步，所述绝热垫安置于在阻挡法兰的上部，绝热垫开设有便于非完美单晶片取放的缺口；在本装置处于装片或移片时，玻璃罩上升，绝热垫处于操作口之下，本装置处于加热状态时，玻璃罩下移，绝热垫处于操作口之上；

进一步，所述置物架处于绝热垫和阻挡法兰之间，绝热垫、置物架、阻挡法兰三者之间位置相对固定；

进一步，所述保护层为复合结构包含有绝热层和散热层，在玻璃罩处于被加热状态时，保护层包覆玻璃罩操作口及以下的外壳部分，以免除操作手套受高温的影响。

3.进一步，所述顶板的主体为处在同一平面且平行布置的两块固定板，两固定板可分别与上模的固定翅贴合，进一步，所述固定板为两块金属板件，固定板垂直固定于上、下模具，固定板的平板面与弯曲成形模具的中心轴线垂直，每块固定板各开设有上模和下模上下移动的导向槽两条，模具两端则内嵌于导向槽内，在导向槽下部的某处，上模、下模均能绕自身轴线旋转180°；进一步，所述上模是复合模具，集合了弯曲凸模、整平功能，弯曲凸模和整平模具相背设置，复合模具的两端则内嵌于固定板的导向槽内；进一步，所述下模则是整平、弯曲凹模的复合模具，整平和弯曲凹模相背而立，下模两端内嵌于固定板的导向槽内。

4.所述加载系统为气压或油压加载方式，加载对象为上模和下模，上模和下模的加载压力、加载速度以及加载时间各自调控。

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