CN210181496U - 一种可实时调控温度与气氛的材料改性装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可实时调控温度与气氛的材料改性装置，包括气体发生装置、多温区加热密闭装置和气体收集装置，其中气体发生装置包括具有密封盖的气体湿度调节密闭腔和气体混合密闭腔、气体管道系统、流量调节系统、基座；气体湿度调控密闭腔和气体混合密闭腔通过各级气体管道连接，气体管道上设置有气体流量计、湿度检测器及流量调节阀；上述各装置通过螺钉或粘结的方式固定在基座上；温度控制密闭装置为一配备了气压表和流量阀的密闭管式炉；该装置具备改性气体湿度及组分比例可实时调控，改性温区多且温度均匀性高，易拆卸，安全性能高，制造成本低且操作简单等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于材料表面改性处理技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种可实时调控温度与气氛的材料改性装置。
背景技术
在材料科学研究领域，在对金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的研究过程中，经常需要在不同温度和湿度环境下对材料表面进行改性处理，从而改变材料表面机械化学性能，为研制新材料提供重要的理论指导及技术基础。目前，大量国外学者在研发新材料以及测试材料性能时，通常会在不同气氛以及温度制度下，利用不同组分的混合气体对材料表面进行改性处理。现有的在针对不同材料改性处理的具体实施方案上，国内外学者尚无可靠统一的装置平台，在对气氛以及不同温度制度下对材料的改性处理时，使用的改性仪器以及改性方案各不相同。在具体的改性实验中，不同的实验室会根据自己的实验需要搭建一套改性装置，这不但会浪费大量的科研时间，同时也会使实验数据具有很大的不确定性，这将对材料科学的研究过程产生重大干扰。
目前，对材料改性实验中改性气体组分的定量控制较难实现。在材料改性实验中，通常会在单一气氛或多种混合气体气氛下对材料进行改性处理，在此过程中存在两个难以克服的缺点，由于未安装相关控制气体发生速率和气体湿度的检测装置，一是气体发生装置中气体的发生速率无法定量给出，二是各气体组分难以定量给出，这样制备出的材料表面的改性程度无法和混合气体的组分相互对应。可以看出，目前国内外材料改性装置对改性气氛中湿度的控制也不尽完善，无法对改性气体实现精确的组分控制及湿度制度的阶梯式变化。综上所述，材料改性实验现在还并未形成一个可适用于不同材料改性要求的材料改性装置，改性气体的组分及湿度难以实时定量调控，急需发展一种能对改性气体组分进行定量控制以及能实时监测调节改性气体湿度的材料改性装置。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。例如，本实用新型的目的之一在于解决制备改性气体时，各气体的组分以及湿度难以控制的难题。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种可实时调控温度与气氛的材料改性装置，包括：气体发生装置、多温区加热密闭装置和气体回收装置；
所述气体发生装置的结构包括：具有密封盖的气体湿度调节密闭腔和气体混合密闭腔、气体管道系统、流量调节系统、基座，其中，气体湿度调控密闭腔和气体混合密闭腔安装于基座上且二者通过连接管道连通；气体湿度调控密闭腔中装有石英玻璃和去离子水；进气管道Ⅰ，其伸进气体湿度调节密闭腔中，且管口位于去离子水液面下方；进气管道Ⅱ，其伸进气体湿度调节密闭腔中，且管口位于去离子水液面上方；进气管道Ⅲ，其伸进气体混合密闭腔中，且管口位于腔室底部；出气管道，其一端管口位于气体混合密闭腔外，另一端管口位于气体混合密闭腔内上部；其中，所述进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ、进气管道Ⅲ以及气体湿度调控密闭腔与气体混合密闭腔之间的管道上安装有气体流量计；湿度检测器Ⅰ，其安装在气体混合密闭腔与气体湿度调节腔之间的管道上；
所述气体管道系统包括进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ、进气管道Ⅲ、两个密闭腔之间的连接管道和出气管道；所述流量调节系统为多个气体流量计和多个流量调节阀；
所述基座为铝合金材质的三角支架结构，基座上方通过螺纹或粘结形式将上述气体湿度调节密闭腔、气体混合密闭腔、气体管道系统和流量调节系统固定，同时基座下方设置有万向轮
所述多温区加热密闭装置选用多温区管式炉，其内部放置有样品，多温区管式炉进气口一端安装有气压表和流量调节阀Ⅰ，出气口一端安装有流量调节阀Ⅱ和湿度检测器Ⅱ；所述气体发生装置的出气管道与多温区加热密闭装置的进气口相连。
优选的是，其中，所述进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ和进气管道Ⅲ可设置为多个。
优选的是，其中，所述气体湿度调控密闭腔和气体混合密闭腔为透明玻璃器皿，所述密封盖与气体湿度调节密闭腔和气体混合密闭腔的腔口之间设置有O型弹性垫片。
优选的是，其中，所述密封盖的开孔与进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ、进气管道Ⅲ以及出气管道为过盈配合。
优选的是，其中，所述气体管道系统优选PU软管。
优选的是，其中，所述气体混合密闭腔和气体湿度调控密闭腔的密封盖可开设多个开孔。
优选的是，其中，所述气体流量计和多个流量调节阀可根据装置要求更换安装位置。
优选的是，其中，所述气体回收装置与多温区加热密闭装置的出气口连接。
本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型提供的可实时调控温度与气氛的材料改性装置可对不同的改性要求的材料进行改性处理，可完成在不同实验环境下的材料改性；在保证装置内压强和气密性的前提下，能为实验室实提供定量组分的混合气体，该装置具有很大的柔性操作空间以及可实时调节混合气体组分参数的优良性能，同时还具备操作简单、安全性能高、制造成本低、实用价值大等优点。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本实用新型提供的材料改性装置的气体发生装置结构示意图；
图2为本实用新型提供的材料改性装置的多温区加热密闭装置的结构示意图；
图3为使用本实用新型进行改性处理前后的钠钙玻璃表面磨痕特征二维轮廓图；
图4为时使用本实用新型进行改性处理前后的钠钙玻璃表面磨损体积变化图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-2所示的本实用新型的一种可实时调控温度与气氛的材料改性装置，包括：气体发生装置、多温区加热密闭装置和气体回收装置；
所述气体发生装置的结构包括：具有密封盖的气体湿度调控密闭腔5和气体混合密闭腔10、气体管道系统、流量调节系统和基座12，其中，气体湿度调控密闭腔5和气体混合密闭腔10安装于基座12上且二者通过管道24连通；气体湿度调控密闭腔5中装有石英玻璃球6和去离子水7，石英玻璃球6能增大气体与水的接触面积和接触时间，使气体湿度提升效率显著增强；进气管道Ⅰ1，其伸进气体湿度调节密闭腔5中，且管口位于去离子水7液面下方；进气管道Ⅱ23，其伸进气体湿度调节密闭腔5中，且管口位于去离子水7液面上方；进气管道Ⅲ9，其伸进气体混合密闭腔10中，且管口位于腔室底部；出气管道11，其一端管口位于气体混合密闭腔10外，另一端管口位于气体混合密闭腔10内上部；其中，所述进气管道Ⅰ1、进气管道Ⅱ23、进气管道Ⅲ9以及气体湿度调控密闭腔5与气体混合密闭腔10之间的管道上安装有气体流量计2；湿度检测器Ⅰ8，其安装在气体混合密闭腔10与气体湿度调节腔5之间的管道上；
所述气体管道系统包括进气管道Ⅰ1、进气管道Ⅱ23、进气管道Ⅲ9、两个密闭腔之间的连接管道24和出气管道11；所述流量调节系统为多个气体流量计2和多个流量调节阀，湿度检测器；
所述基座12为铝合金材质的三角支架结构，基座12上方通过螺纹或粘结形式将上述气体湿度调节密闭腔5、气体混合密闭腔10、气体管道系统和流量调节系统固定，同时基座12下方设置有万向轮13，使用三角支架结构的基座12大大加强了装置的稳定性和安全性，可制动的万向轮13使装置便于移动；
所述多温区加热密闭装置17选用多温区管式炉，其内部放置有样品18，多温区管式炉进气口14一端安装有气压表16和流量调节阀Ⅰ15，出气口22一端安装有流量调节阀Ⅱ20和湿度检测器Ⅱ19；所述气体发生装置的出气管道11与多温区加热密闭装置17的进气口14相连；多温区加热密闭装置能为材料表面改性处理提供密闭恒定压强，多温区的热处理密闭空间既能通过调整管式炉两端法兰上的旋钮，保证装置的气密性，同时也可移除法兰，让多温区加热密闭装置17的改性室和大气连通，以完成在不同环境下的材料改性处理。
所述流量调节系统为多个气体流量计2和多个流量调节阀，湿度检测器Ⅰ8、湿度检测器Ⅱ19和流量调节系统可实现对气体流量及湿度的实时观察和调控，且可满足某些材料的改性处理中在具体时间段内对气体湿度、气体流量阶段性变化的实时调控。
工作原理：以用潮湿SO2对钠钙玻璃表面做改性处理为例，将干燥空气分别通入进气管道Ⅰ和进气管道Ⅱ中，其中一股干燥空气通过含有大量石英玻璃球的去离子水中时，会带出大量水蒸气从而使得气体湿度增加，另一股干燥空气在去离子水上方和从下方上升的潮湿空气相混合，并进入安装有湿度检测器8和气体流量计2的管道24中，观测湿度检测器8和气体流量计2上的数值，对进气管道Ⅰ1和进气管道Ⅱ23中的气体流量进行调节，从而控制两股通入的干燥空气的流量比，获得一定流量以及相对湿度的潮湿空气；同时，将SO2通过进气管道Ⅲ9通入气体混合密闭腔10中，调节进气管道Ⅲ9上的气体流量计，控制潮湿空气与SO2的流量比；制得的混合潮湿SO2气体沿着管道系统通过进气口14进入多温区加热密闭装置17中，启动多温区加热密闭装置17上预先设置好的温度，对样品进行改性处理，在改性处理过程中，可实时观察出气口22外的湿度检测器Ⅱ19，以此实现对改性气体情况的反馈和微调。
采用上述装置和方法，利用潮湿SO2气体对钠钙玻璃表面做改性处理，处理后的改性玻璃样品表面的物理化学性质均发生了变化。以钠钙玻璃改性处理前后摩擦磨损性能的变化为例，将改性处理后的钠钙玻璃置于一台多功能摩擦磨损试验机上做直线往复磨损实验；磨损时长3min，直线位移为5mm，磨损速率为4mm/s，环境温度和湿度分别为20℃和50％RH。从图3所示的改性前后钠钙玻璃表面磨痕特征二维轮廓图、图4所示的改性前后钠钙玻璃表面磨损体积图中可以看出，用本装置制得的潮湿SO2气体改性后，钠钙玻璃表面的磨损深度、宽度以及磨损体积均增加，其磨损性能被显著削弱，使用本实用新型提供的材料改性装置所进行的改性处理取得了显著效果。
由此可见，本改性装置的提出为材料改性领域提供了一种新的设计思路与平台，可以很好的应对不同需求的改性处理方案，而且本装置具有容易搭建、操作简便、改性气体参数可实时人为调控的优点；本装置解决了在材料改性领域存在的诸多难题，如本装置可定量控制混合气体组分，在对材料进行改性处理时，可以实时调控气体组分构成及其湿度变化，同时还可以在多温区加热密闭装置的温度制度下对材料表面进行改性处理，为材料改性的后续处理打下了坚实的基础。
另一种实例中，所述进气管道Ⅰ1、进气管道Ⅱ23和进气管道Ⅲ9可设置为多个，以满足通入不同种类和数量气体的要求。
另一种实例中，所述气体湿度调控密闭腔5和气体混合密闭腔10为透明玻璃器皿，且两个密闭腔设置有可增设开孔的高弹高分子材料密封盖3，可以更方便的开设孔洞并与气管系统连接，所述密封盖3与各密封腔的腔口之间设置有O型弹性垫片(图中未示出)，以此保证腔体的密封性。
另一种实例中，所述密封盖3的开孔4与进气管道Ⅰ1、进气管道Ⅱ23、进气管道Ⅲ9以及出气管道11为过盈配合，同样的保证了腔体的密封性。
另一种实例中，所述气体管道系统优选PU软管。
另一种实例中，所述气体混合密闭腔10和气体湿度调控密闭腔的密封盖3的可开设多个开孔4。
另一种实例中，所述气体流量计2和流量调节阀Ⅰ8和流量调节阀Ⅱ19可根据装置要求更换安装位置。
另一种实例中，所述气体回收装置根据处理后气体的物理化学性质自行设置，并且与多温区加热密闭装置17的出气口22连接。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，包括：气体发生装置、多温区加热密闭装置和气体回收装置；
所述气体发生装置的结构包括：具有密封盖的气体湿度调节密闭腔和气体混合密闭腔、气体管道系统、流量调节系统、基座，其中，气体湿度调控密闭腔和气体混合密闭腔安装于基座上且二者通过连接管道连通；气体湿度调控密闭腔中装有石英玻璃和去离子水；进气管道Ⅰ，其伸进气体湿度调节密闭腔中，且管口位于去离子水液面下方；进气管道Ⅱ，其伸进气体湿度调节密闭腔中，且管口位于去离子水液面上方；进气管道Ⅲ，其伸进气体混合密闭腔中，且管口位于腔室底部；出气管道，其一端管口位于气体混合密闭腔外，另一端管口位于气体混合密闭腔内上部；其中，所述进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ、进气管道Ⅲ以及气体湿度调控密闭腔与气体混合密闭腔之间的管道上安装有气体流量计；湿度检测器Ⅰ，其安装在气体混合密闭腔与气体湿度调节腔之间的管道上；
所述气体管道系统包括进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ、进气管道Ⅲ、两个密闭腔之间的连接管道和出气管道；所述流量调节系统为多个气体流量计和多个流量调节阀；
所述基座为铝合金材质的三角支架结构，基座上方通过螺纹或粘结形式将上述气体湿度调节密闭腔、气体混合密闭腔、气体管道系统和流量调节系统固定，同时基座下方设置有万向轮；
所述多温区加热密闭装置选用多温区管式炉，其内部放置有样品，多温区管式炉进气口一端安装有气压表和流量调节阀Ⅰ，出气口一端安装有流量调节阀Ⅱ和湿度检测器Ⅱ；所述气体发生装置的出气管道与多温区加热密闭装置的进气口相连。
2.如权利要求1所述的可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，所述进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ和进气管道Ⅲ可设置为多个。
3.如权利要求1所述的可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，所述气体湿度调控密闭腔和气体混合密闭腔为透明玻璃器皿，所述密封盖与气体湿度调节密闭腔和气体混合密闭腔的腔口之间设置有O型弹性垫片。
4.如权利要求1所述的可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，所述密封盖的开孔与进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ、进气管道Ⅲ以及出气管道为过盈配合。
5.如权利要求1所述的可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，所述气体管道系统优选PU软管。
6.如权利要求1所述的可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，所述气体混合密闭腔和气体湿度调控密闭腔的密封盖可开设多个开孔。
7.如权利要求1所述的可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，所述气体流量计和多个流量调节阀可根据装置要求更换安装位置。
8.如权利要求1所述的可实时调控温度与气氛的材料改性装置，其特征在于，所述气体回收装置与多温区加热密闭装置的出气口连接。
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