CN211292660U - 一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及老化处理技术领域，具体是涉及一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，是由原子氧老化系统、调温载物台和热老化系统组成。所述原子氧老化系统包括微波源、波导转换装置、供氧装置、放电腔，磁体和中性板，用以对样品进行原子氧作用；所述调温载物台具有4个相互隔离的载物区，所述每个载物区上方都设置有载物凹槽，下方都设置有可使水进出的容纳腔，用以提供不同的加热温度；所述热老化系统包括沿主体箱底部设置的电热丝，所述电热丝通过通气孔可对热老化系统内部区域进行加热。本实用新型同时具备原子氧老化处理能力和热老化处理能力，而且能够一次性对多组样品进行不同温度的热处理，极大地提高了处理效率。

Description

一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置

技术领域

本实用新型涉及老化实验技术领域，具体是涉及一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置。

背景技术

聚酰亚胺(PI)具有优良的耐高低温性能、机械性能、介电性能以及耐介质腐蚀性能，因而在航空航天、微电子等高新科技领域应用广泛。

在航天领域，PI常被广泛用做航天器的外层防护材料、多层热绝缘毯以及太阳能电池阵列的柔性基板等。太空环境中存在原子氧(AO)、紫外辐射、微流星体、高低温循环等环境因素，会对航天器表面PI材料进行刻蚀而导致其发生氧化降解，使其遭受较大的质量损失并引起表面形貌发生显著变化，最终导致性能退化，难以保证航天器的正常在轨运行。为了避免PI在太空复杂环境中的性能衰退，要求PI必须具有优异的抗AO性能。

在微电子领域，聚酰亚胺薄膜广泛应用在电机的电磁线绕包材料及电机的槽绝缘、匝间绝缘和主绝缘,能够显著提高绝缘的电气强度,是电机设计制造中基础绝缘材料。PI作为绝缘材料、介电材料的使用历史已有40多年之久，因此需要良好的介电常数(D_k),以满足现代及未来微电子工业的需求，但其相对较高的介电常数(D)已难以满足现代及未来微电子工业的需求。

基于上述航天领域及微电子领域对PI材料优异抗AO性能及低D_k这两种功能的需求,在实际生产PI材料的过程中，需要对其性能进行严格检测，老化处理是加速PI材料性能检测的重要工艺。但是目前的老化处理设备存在以下不足：

1)设备往往只具备热老化处理功能，不具备原子氧老化处理功能，在实际的检测过程中，需要在不同的仪器中对材料进行处理，费时费力，效率低下。

2)设备往往只能在同一变量下对同一组样品进行实验，无法满足多组样品在不同温度下的实验需求，导致实验所需周期过长，造成过多的成本投入。

因此，亟需一种技能进行热老化处理，又能进行原子氧老化处理，还能对多组样品进行不同温度处理的老化实验设备。

实用新型内容

为实现以上目的，本实用新型提供了一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，同时具备原子氧老化处理能力和热老化处理能力，而且能够一次性对多组样品进行不同温度的热处理，极大地提高了处理效率，具体的技术方案如下：

一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，包括主体箱，所述主体箱内腔从上到下依次划分为原子氧老化系统、调温载物台和热老化系统。

所述原子氧老化系统包括微波源、波导转换装置、供氧装置、放电腔，磁体和中性板。所述微波源通过波导转换装置可将供氧装置提供的纯氧在放电腔中解离为高密度氧等离子体，所述高密度氧等离子体在磁体的磁场牵引下撞击在中性板上，得到原子态氧；所述原子态氧在反射方向形成原子氧束辐射样本进行原子氧作用。

所述调温载物台为碗状结构，以其几何中心为对称点可划分为4个相互隔离的载物区；所述每个载物区上方都设置有载物凹槽，下方都设置有可使水进出的容纳腔。

当对样品进行热老化处理时，通过改变容纳腔中水流的流速大小，控制水流的温度，从而使不同载物区上的样品获得不同的加热温度，以此达到一次处理可获得多组加热温度下样品的目的，极大地提升了处理效率。

所述热老化系统包括沿主体箱底部设置的电热丝，所述电热丝通过通气孔可对热老化系统内部区域进行加热。

进一步地，所述主体箱上还设置有控制器和密封箱门，顶面设置有观察窗。所述控制器用以对整个装置的加热温度、各个容纳腔的水流流速、原子氧束的能量大小进行控制；所述密封箱门用以递放样品；所述观察窗用以对样品进行观察。

进一步地，述调温载物台外沿与主体箱内壁密封连接，以保证所述密封箱门关闭时，原子氧老化系统内部通过抽气孔抽气可维持在真空环境下。

进一步地，所述加速老化实验装置还包括与调温载物台配合使用的递样支架，所述递样支架前端通过挂钩连接有与载物凹槽形状相适配的载物盒，所述载物盒边缘设置有为挂钩提供支点的支撑杆。当需要对样品进行老化处理时，需使用递样支架将样品放置调温载物台上。

进一步地，所述加速老化实验装置还包括换气泵，所述换气泵通过设置在主体箱上的进气口和出气口对热老化系统内部的气体进行更换，从而对热老化系统内部进行加温，确定加热温度上限。

与现有的老化装置相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型同时具备子氧老化处理能力和热老化处理能力，在实际的样品处理环节中，不用更换处理设备，大大缩短了处理周期，降低了成本投入。

(2)当使用本实用新型对样品进行热老化处理时，通过改变容纳腔中水流的流速大小，可控制水流的温度，从而使不同载物区上的样品获得不同的加热温度，以此达到一次处理可获得多组加热温度下样品的目的，极大地提高了老化处理效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型调温载物台的结构示意图；

图3是本实用新型递样支架的结构示意图；

图4是本实用新型递样支架与载物盒的使用示意图；

图5是本实用新型的外观图。

图中：1-主体箱、2-原子氧老化系统、21-微波源、22-波导转换装置、23- 供氧装置、24-放电腔，25-磁体、26-中性板、27-抽气孔、3-调温载物台、31-载物区、311-载物凹槽、32-容纳腔、321-输液口、322-出液口、33-递样支架、 331-挂钩、34-载物盒、341-支撑杆、35-输液泵、4-热老化系统、41-电热丝、 42-通气孔、43-换气泵、44-进气口、45-出气口、5-控制器、6-密封箱门、7-观察窗。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型所采取的方式和取得的效果，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚和完整地描述。

实施例

如图1所示，一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，包括主体箱1，所述主体箱1内腔从上到下依次划分为原子氧老化系统2、调温载物台3和热老化系统4。

所述原子氧老化系统2包括微波源21、波导转换装置22、供氧装置23、放电腔24，磁体25和中性板26。所述微波源21可产生1500-2000W可调的微波能量，通过波导转换装置22可将供氧装置23提供的99.9％纯氧放电腔24中解离为高密度氧等离子体，在此过程中维持2×10-1Pa的真空度。磁体5中通入 120A的直流电流，在磁体中心产生900高斯的强磁场；在中性板26上加10V 的直流负偏压，所述氧等离子体中的氧离子被引出，并获得10eV的定向能量的加速，撞击在中性板26上，在放射方向形成能量为5eV的原子氧束，对样本进行原子氧作用。

上述微波源21的型号为75/100kw-915MHz型；波导转换装置的型号为 HD-WMI型；供养装置23为氧气瓶；磁体25为SmCo磁钢，中性板26的制备材料为不锈钢；控制器5的型号为AO System 2010。

如图2所示，所述调温载物台3为碗状结构，以其几何中心为对称点可划分为4个相互隔离的载物区31；所述每个载物区31上方都设置有载物凹槽311，下方都设置有可使水进出的容纳腔32。

当对样品进行热老化处理时，通过改变容纳腔32中水流的流速大小，控制水流的温度，从而使不同载物区31上的样品获得不同的加热温度，从而达到一次处理可获得多组加热温度下样品的目的，极大地提升了处理效率。

所述热老化系统4包括沿主体箱1底部设置的电热丝41，所述电热丝41通过通气孔42可对热老化系统4内部区域进行加热。

具体的，如图5所示，所述主体箱1上还设置有控制器5和密封箱门6，顶面设置有观察窗7。所述控制器5用以对整个装置的加热温度、各个容纳腔32 的水流流速、原子氧束的能量大小进行控制；所述密封箱门6用以递放样品；所述观察窗7用以对样品进行观察。

具体的，述调温载物台3外沿与主体箱1内壁密封连接，以保证所述密封箱门5关闭时，原子氧老化系统2内部通过抽气孔27抽气可维持在2×10^-1Pa的真空环境下。

具体的，如图3和图4所示，所述加速老化实验装置还包括与调温载物台 3配合使用的递样支架33，所述递样支架33前端通过挂钩331连接有与载物凹槽311形状相适配的载物盒34，所述载物盒34边缘设置有为挂钩331提供支点的支撑杆341。当需要对样品进行老化处理时，需使用递样支架33将样品放置调温载物台3上。

具体的，所述加速老化实验装置还包括换气泵43，所述换气泵43通过设置在主体箱1上的进气口44和出气口45对热老化系统4内部的气体进行更换，从而对热老化系统4内部进行加温，确定加热温度上限。

应用例

对国产透明聚酰亚胺薄膜进行能量为6eV的原子氧束老化处理和260℃、 280℃、300℃、320℃的热老化处理,处理时间为400h后，进行拉升强度、断裂伸长率和电气强度进行测试，其结果如表1所示。

表1不同温度热处理下薄膜的拉升强度、断裂伸长率和电气强度测试

表1中数据表明在不同的热老化温度下，4组样品均出现脆硬现象，基本丧失了柔韧性；4组样品在贡品正弦电压下击穿场强并没有明显下降，表明温度不是导致绝缘性破坏的决定因素，温度只是加速了局部放电和空间电荷对绝缘的破坏作用。

上述应用例表明本实用新型检测性能可靠，能够真实有效地对样品进行检测，因此具备良好的应用前景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，其特征在于，包括主体箱(1)，所述主体箱(1)内腔从上到下依次划分为原子氧老化系统(2)、调温载物台(3)和热老化系统(4)；

所述原子氧老化系统(2)包括微波源(21)、波导转换装置(22)、供氧装置(23)、放电腔(24)，磁体(25)和中性板(26)；所述微波源(21)通过波导转换装置(22)可将供氧装置(23)提供的纯氧在放电腔(24)中解离为高密度氧等离子体，所述高密度氧等离子体在磁体(25)的磁场牵引下撞击在中性板(26)上，得到原子态氧；所述原子态氧在反射方向形成原子氧束辐射样本进行原子氧作用；

所述调温载物台(3)为碗状结构，以其几何中心为对称点可划分为若干相互隔离的载物区(31)；所述每个载物区(31)上方都设置有载物凹槽(311)，下方与载物凹槽(311)相对应位置都设置有可使液相导热介质进出的容纳腔(32)；

所述热老化系统(4)包括沿主体箱(1)底部设置的电热丝(41)，所述电热丝(41)通过通气孔(42)可对热老化系统(4)内部区域进行加热。

2.如权利要求1所述的一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，其特征在于，所述主体箱(1)正面设置有控制器(5)和密封箱门(6)，顶面设置有观察窗(7)。

3.如权利要求2所述的一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，其特征在于，所述调温载物台(3)外沿与主体箱(1)内壁密封连接。

4.如权利要求1所述的一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，其特征在于，还包括与调温载物台(3)配合使用的递样支架(33)，所述递样支架(33)前端通过挂钩(331)连接有与载物凹槽(311)形状相适配的载物盒(34)，所述载物盒(34)边缘设置有为挂钩(331)提供支点的支撑杆(341)。

5.如权利要求1所述的一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，其特征在于，所述容纳腔(32)设置有与外界输液泵(35)相连接的输液口(321)和出液口(322)。

6.如权利要求1所述的一种透明聚酰亚胺薄膜的加速老化实验装置，其特征在于，还包括换气泵(43)，所述换气泵(43)通过设置在主体箱(1)上的进气口(44)和出气口(45)对热老化系统(4)内部的气体进行更换。

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