CN204989135U - 一种热辐射式高低温两用样品架 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于超高真空设备的样品测试领域，特别涉及一种热辐射式高低温两用样品架。固定架的前部连接热辐射式高温样品台，固定架的后部连接低温样品台，固定架的后端连接样品轴的前端，样品轴的后端连接进水管与出水管。高温实验采用热辐射式的加热方式对样品进行加热，使得样品可以均匀、快速地受热，且加热的过程有量化显示，具有很好的加热可控性；样品冷却上的优势体现在，无氧铜样品架与压片之间设有加热穿线陶瓷，若样品温度较过低，可对加热穿线陶瓷内的微热电阻丝通电，立即中和冷却温度，若样品温度较高，则可继续降温水冷，进而准确控制样品托及样品的温度。装置灵活性好，样品受热均匀，导热速度快，热损少，稳定性高。

Description

一种热辐射式高低温两用样品架

技术领域

本实用新型属于超高真空设备的样品测试领域，特别涉及一种高低温两用样品架。

背景技术

超高真空技术目前已经是表面科学、半导体应用、高能粒子加速器、核聚变研究装置和宇宙开发领域不可或缺的技术。应用超高真空技术，需要在超高真空系统中进行。超高真空系统主要由真空腔体、真空泵、真空计、真空阀门、各种运动导入器、连接导管以及电气控制系统构成。真空本身没有意义，在真空环境中完成工作才赋予其真正的价值。

大部分的超高真空实验都是围绕实验样品来进行的。很多情况下，既需要对样品进行“热实验”，又需要对样品进行“冷实验”。这就要求样品所处环境，在一个较大的温度变化范围内。热传递的方式有三种：热传导、热辐射、热对流。在超高真空设备中，多以热辐射的方式为主。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种热辐射式高低温两用样品架，利用电源对碳化硅加热片加以大电流、高电压，使碳化硅大量产热，所产生的热量以热辐射的形式辐射至样品托和样品，对样品进行加热，低温实现以循环水冷的方式完成，以热传递方式，通过无氧铜样品架对样品进行冷却降温。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：固定架的前部连接用于“热实验”的热辐射式高温样品台，固定架的后部连接用于“冷实验”的低温样品台，热辐射式高温样品台包括样品托与热电偶穿线陶瓷Ⅰ的上端相连，样品托的下部连接碳化硅加热片，碳化硅加热片的下部连接热辐射遮挡板，热辐射遮挡板的下部与至少1块热辐射板相连，热辐射遮挡板、各热辐射板间通过陶瓷隔环连接，热辐射板的下部为陶瓷环，陶瓷环通过隔套与陶瓷绝缘垫相连，低温样品台包括无氧铜样品架的下端连接热电偶穿线陶瓷Ⅱ，无氧铜样品架的下部连接加热穿线陶瓷，无氧铜样品架的一侧连接样品轴内的冷却筒，冷却筒内的冷却液循环室连接进水管与出水管，热辐射式高温样品台与低温样品台之间为接线座，接线座通过陶瓷垫片连接于固定架之上，固定架的后端连接样品轴的前端，样品轴上套装法兰，法兰上连接电极、热电偶法兰接口。

进一步地，所述热辐射式高温样品台包括高温外罩与固定架连接，导热上盖与高温外罩连接，导热上盖上布有凹槽，样品托连接于导热上盖的凹槽中，热电偶穿线陶瓷Ⅰ的下端通过固定环与固定架相连，导热上盖的下部连接碳化硅加热片，陶瓷环、隔套、陶瓷绝缘垫通过钼螺钉固定于固定架之上。

进一步地，所述低温样品台包括热电偶穿线陶瓷Ⅱ的下端通过滑动固定件与固定架相连，无氧铜样品架的下部通过加热穿线陶瓷与压片相连，无氧铜样品架的一侧连接样品托压片。

进一步地，所述热辐射遮挡板为半包围状。

进一步地，所述热辐射板为钽质热辐射板，热辐射板的数量为2~6块，陶瓷隔环的厚度为2.5~4.5mm。

进一步地，所述无氧铜样品架与冷却筒之间为螺纹连接。

进一步地，所述高温外罩与隔套之间为螺纹连接。

本实用新型高温实验的实现以适宜样品材料的方式，采用热辐射式的加热方式对样品进行加热，使得样品可以均匀、快速地受热，且加热的过程有量化显示，具有很好的加热可控性；本实用新型在样品冷却上的优势体现在，无氧铜样品架与压片之间设有加热穿线陶瓷，若样品温度较过低，可对加热穿线陶瓷内的微热电阻丝通电，立即中和冷却温度，若样品温度较高，则可继续降温水冷，进而准确控制样品托及样品的温度。

本实用新型的有益效果可总结为：

1）装置的灵活性好，拆装方便；

2）样品受热均匀，热效率高；

3）碳化硅加热片距离样品托和样品比较近，并且安装有热辐射遮挡板和热辐射板，大大减少了不必要的热量损失；

4）使用了热导率高的材料作为低温样品架，导热速度快，自身的热损少；

5）装置整体采用金属材料和高熔沸点的材料，并使用金属密封，可进行高温烘烤；

6）通过对电源输出电流、电压的调整，可以对加热速度进行控制；

7）若需要更低的实验温度，可将冷却液更换为液氮甚至液氦，实验的延展性更好；

8）加热样品台和水冷样品台，距离较近，且高度一致，可通过简单的驱动装置，将样品在两个样品台上传递，传样方便；

9）热辐射式高温样品台和低温样品台下都安装有热电偶测温装置，可以实时测得样品台的温度，对实验的操作有指导性意义，提高了实验的成功率；

10）比其他大体积的加热装置，其调试起来也更为轻松，稳定性更好；

11）既可以对样品进行加热、也可以对样品进行冷却，这就使能量可以在一个闭环内完成循环，即可在不影响起塔腔室的情况下自我中和掉加热或冷却的能量。

附图说明

图1是一种热辐射式高低温两用样品架的结构示意图。

图2是一种热辐射式高低温两用样品架的主体剖视图。

图中：1.热辐射式高温样品台，2.低温样品台，3.样品轴，4.法兰，5.电极、热电偶法兰接口，6.进水管，7.热辐射遮挡板，8.高温外罩，9.碳化硅加热片，10.导热上盖，11.样品托，12.陶瓷隔环，13.热辐射板，14.陶瓷环，15.陶瓷绝缘垫，16..隔套，17.钼螺钉，18.热电偶穿线陶瓷Ⅰ，19.固定环，20.接线座，21.陶瓷垫片，22.固定架，23.无氧铜样品架，24.压片，25.加热穿线陶瓷，26.滑动固定件，27.热电偶穿线陶瓷Ⅱ，28.样品托压片，29.冷却筒，30.冷却液循环室，31.出水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明，但本实用新型并不局限于具体实施例。

实施例1

如图1~图2所示的一种热辐射式高低温两用样品架，固定架22的前端连接热辐射式高温样品台1，固定架22的后端连接低温样品台2，固定架22连接样品轴3，样品轴3连接进水管6与出水管31，热辐射式高温样品台1与低温样品台2之间为接线座20，接线座20通过陶瓷垫片21连接于固定架22之上，样品轴3连接法兰4，法兰4上连接电极、热电偶法兰接口5。

热辐射式高温样品台1包括高温外罩8与固定架22连接，导热上盖10与高温外罩8连接，导热上盖10上布有凹槽，样品托11连接于导热上盖10的凹槽中，样品托11与热电偶穿线陶瓷Ⅰ18的上端相连，热电偶穿线陶瓷Ⅰ18的下端通过固定环19与固定架22相连，导热上盖10的下部连接碳化硅加热片9，碳化硅加热片9的下部连接半包围状的热辐射遮挡板7，将热辐射遮挡板7设计成半包围的形状，是由于此种形状的结构能有效地留存下部向上辐射的热量，并有指向性的辐射给样品托11和样品，使得热效率大大提高，对加热的效果大有裨益。热辐射遮挡板7的下部与4块钽质的热辐射板13相连，热辐射遮挡板7、各热辐射板13间通过陶瓷隔环12连接，陶瓷隔环12的厚度为3.5mm，热辐射板13的下部为陶瓷环14，陶瓷环14通过隔套16与陶瓷绝缘垫15相连，陶瓷环14、隔套16、陶瓷绝缘垫15通过钼螺钉17固定于固定架22之上，隔套16螺纹连接高温外罩8，实现加热的装置的半封闭。

低温样品台2包括热电偶穿线陶瓷Ⅱ27的下端通过滑动固定件26与固定架22相连，热电偶穿线陶瓷Ⅱ27的上端连接无氧铜样品架23，无氧铜样品架23的下部通过加热穿线陶瓷25与压片24相连，无氧铜样品架23的一侧连接样品托压片28，无氧铜样品架23的另一侧连接样品轴3，样品轴3内为冷却筒29与无氧铜样品架23螺纹连接，冷却筒29内为冷却液循环室30，冷却液循环室30连接进出水管6。利用所述的一种热辐射式高低温两用样品架进行实验时，电源接出两根导线，在接线座20以及陶瓷垫片21上加以固定，穿过陶瓷绝缘垫15、隔套16、陶瓷环14连接至碳化硅加热片9上，电源、导线、碳化硅加热片9三者构成一个闭合电路，碳化硅加热片9相当于一个大电阻，电源对其输出以大电流、高电压，根据焦耳定律和能量守恒，碳化硅加热片9将获得并释放出极大的能量(热量)，一部分能量向下部辐射，至热辐射遮挡板7、陶瓷隔环12、热辐射板13等，然后大部分的热量又以热辐射的形式传递回碳化硅加热片9和样品托11；另有一部分能量直接向上辐射至样品托11。最终，样品托11及样品接受大量热辐射和一小部分热传导，而均匀受热、升温，完成加热，同时利用陶瓷绝缘垫15、隔套16、陶瓷环14的热导率较低的特性，有效的将其上部的的高温隔离，使热辐射定向、高效，降低对低温实验的影响，，测温热电偶穿过热电偶穿线陶瓷Ⅰ18与样品托11接触，实现对样品托11上样品温度的实时监测。

高温区的实验完成后，通过驱动装置，将样品从热辐射式高温样品台1上取出，并安装至低温样品台2上，进水管6、出水管31均与冷却液循环室30相连，进水管6向冷却液循环室30内不断注水，同时出水管31不断将冷却升温后的水排出，如此循环，将进水速度控制在一定范围内，使冷却液循环室30处于满水状态。无氧铜样品架23与冷却筒29以螺纹连接，冷水以热传导的方式将无氧铜样品架23冷却，无氧铜样品架23继而以热传导和热辐射的形式，将样品托及样品冷却至所需温度。此外，无氧铜样品架23与压片24之间设有加热穿线陶瓷25，若样品温度过低，可对加热穿线陶瓷25内的微热电阻丝通电，可立即中和冷却温度，若样品温度较高，则可继续降温水冷。热电偶穿线陶瓷Ⅱ27通过滑动固定件26可滑动的连接于固定架22上。测温热电偶穿过热电偶穿线陶瓷Ⅱ27固定在无氧铜样品架23的下部，实现冷却温度的实时监测。

实施例2

本实施例中所述的一种热辐射式高低温两用样品架的各部件的连接方式、实验过程均与实施例1中相同，不同的技术参数如下：

1）、热辐射挡板13的数量为2块；

2）、陶瓷隔环12的厚度为4.5mm。

实施例3

本实施例中所述的一种热辐射式高低温两用样品架的各部件的连接方式、实验过程均与实施例1或实施例2中相同，不同的技术参数如下：

1）、热辐射挡板13的数量为6块；

2）、陶瓷隔环12的厚度为2.5mm。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：固定架（22）的前部连接用于“热实验”的热辐射式高温样品台（1），固定架（22）的后部连接用于“冷实验”的低温样品台（2），热辐射式高温样品台（1）包括样品托（11）与热电偶穿线陶瓷Ⅰ（18）的上端相连，样品托（11）的下部连接碳化硅加热片（9），碳化硅加热片（9）的下部连接热辐射遮挡板（7），热辐射遮挡板（7）的下部与至少1块热辐射板（13）相连，热辐射遮挡板（7）、各热辐射板（13）间通过陶瓷隔环（12）连接，热辐射板（13）的下部为陶瓷环（14），陶瓷环（14）通过隔套（16）与陶瓷绝缘垫（15）相连，低温样品台（2）包括无氧铜样品架（23）的下端连接热电偶穿线陶瓷Ⅱ（27），无氧铜样品架（23）的下部连接加热穿线陶瓷（25），无氧铜样品架（23）的一侧连接样品轴（3）内的冷却筒（29），冷却筒（29）内的冷却液循环室（30）连接进水管（6）与出水管（31），热辐射式高温样品台（1）与低温样品台（2）之间为接线座（20），接线座（20）通过陶瓷垫片（21）连接于固定架（22）之上，固定架（22）的后端连接样品轴（3）的前端，样品轴（3）上套装法兰（4），法兰（4）上连接电极、热电偶法兰接口（5）。

2.根据权利要求1所述的一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：所述热辐射式高温样品台（1）包括高温外罩（8）与固定架（22）连接，导热上盖（10）与高温外罩（8）连接，导热上盖（10）上布有凹槽，样品托（11）连接于导热上盖（10）的凹槽中，热电偶穿线陶瓷Ⅰ（18）的下端通过固定环（19）与固定架（22）相连，导热上盖（10）的下部连接碳化硅加热片（9），陶瓷环（14）、隔套（16）、陶瓷绝缘垫（15）通过钼螺钉（17）固定于固定架（22）之上。

3.根据权利要求1所述的一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：所述低温样品台（2）包括热电偶穿线陶瓷Ⅱ（27）的下端通过滑动固定件（26）与固定架（22）相连，无氧铜样品架（23）的下部通过加热穿线陶瓷（25）与压片（24）相连，无氧铜样品架（23）的一侧连接样品托压片（28）。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：所述热辐射遮挡板（7）为半包围状。

5.根据权利要求1至3任一所述的一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：所述热辐射板（13）为钽质热辐射板，热辐射板（13）的数量为2~6块，陶瓷隔环（12）的厚度为2.5~4.5mm。

6.根据权利要求1至3任一所述的一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：所述无氧铜样品架（23）与冷却筒（29）之间为螺纹连接。

7.根据权利要求2所述的一种热辐射式高低温两用样品架，其特征在于：所述高温外罩（8）与隔套（16）之间为螺纹连接。