CN117330431A - 一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开涉及一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，涉及原位拉伸试验设备技术领域，包括同步辐射光源以及设置在真空腔体内的第一夹具、第二夹具和加热机构；加热机构包括位于第一夹具和第二夹具之间的陶瓷底座、加热片和电极，加热片和电极均固定在陶瓷底座上，加热片与电极连接；加热片上设置有均温盖，均温盖的上表面与加热片相接触；本发明通过将加热机构设置在第一夹具和第二夹具之间，能够对样品直接进行接触加热，加热效率更高，可以加快试验进程；并且将样品置于真空腔室内，在提高测试结果精度的同时，还可以避免热量扩散至外界环境中，使得加热效果更加集中，可以进一步提高加热效率，将样品加热至高温水平。
Description
技术领域
本发明涉及原位拉伸试验设备技术领域，特别是涉及一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置。
背景技术
同步辐射白光劳厄微区衍射技术是材料微结构研究的重要手段之一。通过对衍射花样的分析可以获取微区相结构、位错结构、晶体取向等重要结构信息。因此，利用白光劳厄衍射研究材料在拉伸过程位错结构、晶体取向等微结构的演化过程，对于增进对材料变形行为与机制的理解和材料微结构优化设计具有重要意义。
利用白光劳厄衍射研究材料在拉伸过程位错结构、晶体取向等微结构的演化过程需要使用拉伸试验设备。传统的拉伸试验设备，比如申请号为“202211396281.8”，名称为“一种与小角中子散射联用的耦合高低温环境的原位拉伸仪”的发明专利中，其技术方案包括原位拉伸仪主体和控温环境箱，控温环境箱设置于原位拉伸仪内；原位拉伸仪主体包括上拉伸装置和下拉伸装置，上拉伸装置上设有上夹具，下拉伸装置上设有下夹具；控温环境箱的前后两侧上分别设有前中子束窗和后中子束窗，控温环境箱内设有控温箱主体，控温箱主体内设有加热装置和冷却装置，上拉伸装置能够穿过控温环境箱和控温箱主体的上侧，下拉伸装置能够穿过控温环境箱和控温箱主体的下侧。其原位拉伸仪通过利用上下拉伸装置对样品进行双向加载，控温环境箱给样品提供一个高温或低温的环境，实现与小角中子散射谱仪的力热耦合联用。
但是，其加热装置和冷却装置是通过对箱体内整体温度进行控制，进而控制样品温度。此种温度控制方式不仅难以将样品温度加热到很高的水平，而且加热速度慢，试验效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，以解决现有技术存在的问题，能够对样品直接进行接触加热，加热效率更高，便于将样品加热至高温水平。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，包括用于照射样品的同步辐射光源以及设置在真空腔体内的第一夹具、第二夹具和加热机构，所述第一夹具和第二夹具分别用于固定所述样品的两端并对所述样品施加拉力；所述加热机构包括位于所述第一夹具和第二夹具之间的陶瓷底座、加热片和电极，所述加热片和电极均固定在所述陶瓷底座上，所述加热片与所述电极连接；所述加热片上设置有均温盖，所述均温盖的上表面与所述加热片相接触。
优选的，所述加热机构还包括支撑座、陶瓷外罩和外壳，所述陶瓷外罩设置在所述陶瓷底座、所述加热片和所述均温盖的外侧，沿所述陶瓷外罩的直径方向，所述陶瓷外罩上设置有用于容纳所述样品的凹槽；所述外壳可拆卸地固定在支撑座上，并套设在所述陶瓷外罩的外侧，所述电极的接线端自所述外壳露出；所述外壳的顶部设置有透光区，所述透光区与所述凹槽的位置对应；优选的，所述均温盖上设置有用于测量所述样品温度的热电偶。
优选的，所述支撑座通过弹簧顶丝固定在所述真空腔体内。
优选的，所述第一夹具、第二夹具和所述加热机构均设置在一箱体内，所述箱体上设置有透射窗口，所述箱体还与抽真空设备连接。
优选的，所述第一夹具和所述第二夹具均与通过丝杠与减速器传动连接，且所述第一夹具、所述第二夹具与所述丝杠配合位置的螺纹旋向相反。
优选的，所述第一夹具或所述第二夹具上还设置有用于测量拉力的拉力传感器。
优选的，还包括高压气瓶、液氮杜瓦罐、冷台和制冷头，所述高压气瓶通过第一管路与所述液氮杜瓦罐连通，且所述第一管路的端部位于所述液氮杜瓦罐内液氮的液面之上；所述冷台固定在所述箱体的壁上，所述冷台的两端分别位于所述箱体的内、外两侧；所述冷台的外端中设置有与所述液氮杜瓦罐连通的第二管路，所述第二管路的一端位于所述液氮杜瓦罐内液氮的液面之下，另一端进行排气；所述冷台的内端通过冷量传递部与制冷头连接，所述制冷头与所述样品接触。
优选的，还包括水平底座、支架、样品高度调整台和样品位置调整台，所述支架固定在水平底座上，且所述支架上具有与水平面呈45°的斜面，所述样品高度调整台固定在所述斜面上，所述样品位置调整台固定在所述样品高度调整台上，所述箱体固定在所述样品位置调整台上；所述样品高度调整台用于调节所述样品位置调整台和所述箱体相对于所述斜面的垂直距离，所述样品位置调整台用于调节在所述箱体在平行于所述斜面的一平面上的位置。
优选的，所述样品位置调整台具有相垂直的第一调整轴和第二调整轴，用于调节所述箱体在所述第一调整轴、所述第二调整轴上的位置。
优选的，还包括光学测距仪，所述光学测距仪用于测量所述样品与同步辐射光焦点的相对距离；所述光学测距仪与所述样品高度调整台电连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过将加热机构设置在第一夹具和第二夹具之间，能够对样品直接进行接触加热，加热效率更高，可以加快试验进程；并且将样品置于真空腔室内，在提高测试结果精度的同时，还可以避免热量扩散至外界环境中，使得加热效果更加集中，可以进一步提高加热效率，将样品加热至高温水平。
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为本发明中同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置的整体结构示意图；
图2为箱体的内部结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为加热机构的结构示意图；
图5为加热机构中除外壳以外其他结构的爆炸结构示意图；
图6为冷却机构的结构示意图；
图7为本发明试验时的示意图；
其中，1、第一夹具；2、第二夹具；3、陶瓷底座；4、样品；5、加热片；6、电极；7、均温盖；8、隔热垫；9、减速器；10、驱动电机；11、丝杠；12、透射窗口；13、接线孔；14、拉力传感器；15、安装槽；16、支撑座；17、陶瓷外罩；18、外壳；19、凹槽；20、透光区；21、弹簧顶丝；22、高压气瓶；23、液氮杜瓦罐；24、冷台；25、制冷头；26、冷量传递部；27、第一管路；28、第二管路；29、水平底座；30、支架；31、样品高度调整台；32、样品位置调整台；33、光学测距仪；34、箱体。
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做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。
本发明的目的是提供一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，以解决现有技术存在的问题，能够对样品直接进行接触加热，加热效率更高，便于将样品加热至高温水平。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～图7所示，本实施例提供一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，包括用于照射样品4的同步辐射光源以及设置在真空腔体内的第一夹具1、第二夹具2和加热机构，第一夹具1和第二夹具2分别用于固定样品4的两端并对样品4施加拉力；加热机构包括位于第一夹具1和第二夹具2之间的陶瓷底座3、加热片5和电极6，加热片5和电极6均固定在陶瓷底座3上，加热片5与电极6连接；加热片5上设置有均温盖7，均温盖7的上表面与加热片5相接触。
试验过程中，将样品4固定在第一夹具1和第二夹具2上，利用第一夹具1和第二夹具2对样品4施加拉力。同时电极6接电，加热片5被加热，通过均温盖7将热量传递至样品4，实现对样品4加热的目的。其中，均温盖7有利于保证样品4均匀受热；将样品4置于真空腔室内进行试验，可以避免样品4氧化，还可以避免温度变化过程产生结霜、空气扰动等问题影响测试结果，同时还可以提供真空隔热防护，避免真空腔室内的其他机构过热。
本实施例通过将加热机构设置在第一夹具1和第二夹具2之间，能够对样品4直接进行接触加热，加热效率更高，可以加快试验进程。并且将样品4置于真空腔室内，在提高测试结果精度的同时，还可以避免热量扩散至外界环境中，使得加热效果更加集中，可以进一步提高加热效率，将样品4加热至高温水平。
进一步的，本实施例中第一夹具1和第二夹具2上均设置有隔热垫8，样品4放置在隔热垫8上，避免第一夹具1和第二夹具2本体温度过高。第一夹具1和第二夹具2均连接有驱动机构，驱动机构包括驱动电机10和减速器9，减速器9具有两输出端，两输出端均连接有丝杠11，且两丝杠11平行设置。第一夹具1和第二夹具2均与两丝杠11进行连接，形成滚珠丝杠11结构。并且，第一夹具1与丝杠11的配合位置与第二夹具2与丝杠11的配合位置处的螺纹旋向相反，使得第一夹具1和第二夹具2相向或相对运动。
为了提供真空环境，本实施例还包括与抽真空设备连接的箱体，第一夹具1、第二夹具2和加热机构均设置在箱体内。箱体上设置有透射窗口12，透射窗口12处设置有石英玻璃，可以供同步辐射光射入真空箱体内最终照射在样品4上。同时，箱体上还设置有若干用于接入控制线、信号线的接线孔13。接线孔13处接入线路后密封处理。同时，其中某一接线孔13也可以连接抽真空设备。
为了实时监测样品4受到的拉力，本实施例中第一夹具1或第二夹具2上还设置有用于测量拉力的拉力传感器14。
为了实时监测样品4的温度，本实施例中均温盖7上设置有安装槽15，安装槽15内安装用于测量样品4温度的热电偶。
本实施例中加热机构还包括支撑座16、陶瓷外罩17和外壳18，陶瓷外罩17设置在陶瓷底座3、加热片5和均温盖7的外侧，起到隔热的作用。沿陶瓷外罩17的直径方向，陶瓷外罩17上设置有用于容纳样品4的凹槽19。外壳18可拆卸地固定在支撑座16上，并套设在陶瓷外罩17的外侧，起到进一步隔热以及防止误触高温样品4的作用。电极6的接线端自外壳18露出，便于进行接线。外壳18的顶部设置有透光区20，透光区20与凹槽19的位置对应。外壳18可以为一体结构，也可以分为可拆卸连接的壳体和顶盖，顶盖上设置透光区20。
本实施例中第一夹具1和第二夹具2上还设置有对样品4进行竖直方向上限位的挡板(图中并未示出)。并且，本实施例中支撑座16通过弹簧顶丝21固定在箱体内，使得支撑座16、陶瓷外罩17、外壳18、加热片5等结构的位置在竖直方向上可以调节。在弹簧顶丝21的作用下，均温盖7将样品4顶紧在挡板上(而样品4与外壳18顶部/顶盖间具有间隙)，从而可以保证不同厚度的样品4均能够与均温盖7进行贴合实现接触加热，同时实现对样品4的竖直限位。
本实施例中还设置有用于对样品4进行冷却的冷却机构，便于加热后将样品4进行冷却，还可以研究样品4在低温拉伸过程位错结构、晶体取向等微结构的演化过程。冷却机构包括高压气瓶22、液氮杜瓦罐23、冷台24和制冷头25，高压气瓶22内设置高压氮气。高压气瓶22通过第一管路27与液氮杜瓦罐23连通，且第一管路27的端部位于液氮杜瓦罐23内液氮的液面之上。冷台24固定在箱体的壁上，冷台24的两端分别位于箱体的内、外两侧。冷台24的外端中设置有与液氮杜瓦罐23连通的第二管路28，第二管路28的一端位于液氮杜瓦罐23内液氮的液面之下，另一端进行排气。冷台24的内端通过冷量传递部26与制冷头25连接，制冷头25与样品4接触。需要对样品4进行冷却时，开启高压气瓶22上的阀门，高压气瓶22内的压缩气体经第一管路27进入液氮杜瓦罐23内，使液氮杜瓦罐23内的压强增大。液氮在压力的作用下进入第二管路28，并经过冷台24时释放冷量。冷量通过冷量传递部26传递至制冷头25，最终将样品4进行冷却。而释放冷量后的液氮受热变为气态，并自第二管路28的另一端排出。冷量传递部26可以采用具有良好传热效率的结构。
进一步的，本实施例还包括水平底座29、支架30、样品高度调整台31和样品位置调整台32，支架30固定在水平底座29上，且支架30上具有与水平面呈45°的斜面，样品高度调整台31固定在斜面上，样品位置调整台32固定在样品高度调整台31上，箱体固定在样品位置调整台32上；样品高度调整台31用于调节样品位置调整台32和箱体相对于斜面的垂直距离，样品位置调整台32用于调节在箱体在平行于斜面的一平面上的位置。样品位置调整台32具有相垂直的第一调整轴和第二调整轴，用于调节箱体在第一调整轴、第二调整轴上的位置。样品高度调整台31和样品位置调整台32均为试验领域常用设备，对二者的具体结构，本实施例不作赘述。
本实施例还包括光学测距仪33，光学测距仪33用于测量样品4与同步辐射光焦点的相对距离；光学测距仪33与第一调整轴和第二调整轴均进行电连接。
光学测距仪33与同步辐射光焦点汇聚于样品4表面同一个位置。同步辐射光焦点的位置是固定不变的，但是样品4在受到拉伸、热胀冷缩产生变形后，样品4表面的垂直方向会与原垂直方向产生偏离，导致同步辐射光焦点产生偏离。光学测距仪33则可以实时监测样品4的位置，当同步辐射光焦点发生偏离后，光学测距仪33将这一信号传递给样品高度调整台31，样品高度调整台31对偏移距离进行补偿，确保同步辐射光焦点在样品4表面的位置精准。样品位置调整台32则可以调整同步辐射光焦点在样品4表面的位置，保证同步辐射光焦点位置稳定的前提下，能够按照预设路径扫描样品4表面不同区域。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，包括用于照射样品的同步辐射光源以及设置在真空腔体内的第一夹具、第二夹具和加热机构，所述第一夹具和第二夹具分别用于固定所述样品的两端并对所述样品施加拉力；所述加热机构包括位于所述第一夹具和第二夹具之间的陶瓷底座、加热片和电极，所述加热片和电极均固定在所述陶瓷底座上，所述加热片与所述电极连接；所述加热片上设置有均温盖，所述均温盖的上表面与所述加热片相接触。
2.根据权利要求1所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，所述加热机构还包括支撑座、陶瓷外罩和外壳，所述陶瓷外罩设置在所述陶瓷底座、所述加热片和所述均温盖的外侧，沿所述陶瓷外罩的直径方向，所述陶瓷外罩上设置有用于容纳所述样品的凹槽；所述外壳可拆卸地固定在支撑座上，并套设在所述陶瓷外罩的外侧，所述电极的接线端自所述外壳露出；所述外壳的顶部设置有透光区，所述透光区与所述凹槽的位置对应；优选的，所述均温盖上设置有用于测量所述样品温度的热电偶。
3.根据权利要求2所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，所述支撑座通过弹簧顶丝固定在所述真空腔体内。
4.根据权利要求1所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，所述第一夹具、第二夹具和所述加热机构均设置在一箱体内，所述箱体上设置有透射窗口，所述箱体还与抽真空设备连接。
5.根据权利要求1所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，所述第一夹具和所述第二夹具均与通过丝杠与减速器传动连接，且所述第一夹具、所述第二夹具与所述丝杠配合位置的螺纹旋向相反。
6.根据权利要求5所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，所述第一夹具或所述第二夹具上还设置有用于测量拉力的拉力传感器。
7.根据权利要求4所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，还包括高压气瓶、液氮杜瓦罐、冷台和制冷头，所述高压气瓶通过第一管路与所述液氮杜瓦罐连通，且所述第一管路的端部位于所述液氮杜瓦罐内液氮的液面之上；所述冷台固定在所述箱体的壁上，所述冷台的两端分别位于所述箱体的内、外两侧；所述冷台的外端中设置有与所述液氮杜瓦罐连通的第二管路，所述第二管路的一端位于所述液氮杜瓦罐内液氮的液面之下，另一端进行排气；所述冷台的内端通过冷量传递部与制冷头连接，所述制冷头与所述样品接触。
8.根据权利要求4～7任意一项所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，还包括水平底座、支架、样品高度调整台和样品位置调整台，所述支架固定在水平底座上，且所述支架上具有与水平面呈45°的斜面，所述样品高度调整台固定在所述斜面上，所述样品位置调整台固定在所述样品高度调整台上，所述箱体固定在所述样品位置调整台上；所述样品高度调整台用于调节所述样品位置调整台和所述箱体相对于所述斜面的垂直距离，所述样品位置调整台用于调节在所述箱体在平行于所述斜面的一平面上的位置。
9.根据权利要求8所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，所述样品位置调整台具有相垂直的第一调整轴和第二调整轴，用于调节所述箱体在所述第一调整轴、所述第二调整轴上的位置。
10.根据权利要求9所述的同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置，其特征在于，还包括光学测距仪，所述光学测距仪用于测量所述样品与同步辐射光焦点的相对距离；所述光学测距仪与所述样品高度调整台电连接。
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| CN202311336741.2A CN117330431A (zh) | 2023-10-16 | 2023-10-16 | 一种同步辐射光源白光劳厄衍射用原位拉伸试验装置 |
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2023
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