CN105388074B - 一种用于中子衍射的原位温度加载装置 - Google Patents
一种用于中子衍射的原位温度加载装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于中子衍射的原位温度加载装置，所述装置包括炉体腔体、底座、入射窗口板、出射窗口板、高温引伸计、支脚A窗膜、支脚B窗膜、左侧夹具、右侧夹具、左侧夹具垫圈、右侧夹具垫圈、左侧冷却水套、右侧冷却水套、上方冷却水套。本发明的特点为炉体腔体上开设中子入射孔、中子出射孔、两个夹具孔、两个引伸计测量支脚探入孔，允许测量中子直接通过，同时可对样品形变量进行实时测量。本发明配合中子衍射谱仪使用，与中子衍射原位力学装置联合对样品进行符合高温拉伸试验的国家标准的中子衍射原位力学‑温度复合环境加载实验，有助于认识温度、力学复合条件对样品材料的内部微观结构的作用机制。
Description
技术领域
本发明属于中子衍射应用中的环境加载技术领域，具体涉及一种用于中子衍射的原位温度加载装置。
背景技术
中子衍射技术具有无损检测和深穿透特性，可对厘米级的金属材料进行内部微观结构和应力分布进行直接测量。在研究温度、力学复合环境对样品材料的内部微观结构的影响机制时，需利用原位温度、力学加载装置按照高温拉伸试验的国家标准对样品进行温度、力学环境加载，再利用中子衍射谱仪对样品内部的微观结构进行测量。目前，国内中子衍射技术正处于起步阶段，原位环境设备的设计也较少。名称为《一种用于中子衍射技术的原位应力-温度加载装置》的中国专利（专利号：201310032334）公开了一种用于中子衍射的原位应力-温度加载装置，该装置中的高温炉组件未预留引伸计使用空间，进而造成开展实验过程中无法直接测量样品形变量，不能符合高温拉伸实验的国家标准。
发明内容
为了克服现有技术中装置的结构缺陷导致测量过程不能符合高温拉伸实验的国家标准的不足，本发明提供了一种中子衍射的原位温度加载装置，能够实现与外部的原位力学加载装置联合使用，同时可利用高温引伸计对样品的形变量进行直接测量。
实现本发明的技术方案如下
一种用于中子衍射的原位温度加载装置，其特征在于：所述装置包括炉体腔体、底座、入射窗口板、出射窗口板、高温引伸计、支脚A窗膜、支脚B窗膜、左侧夹具、右侧夹具、左侧夹具垫圈、右侧夹具垫圈、左侧冷却水套、右侧冷却水套、上方冷却水套；所述的炉体腔体上开设中子入射孔、中子出射孔、两个夹具孔、两个引伸计测量支脚探入孔；其连接关系是，所述的炉体腔体固定在底座上；所述的入射窗口板、出射窗口板、左侧夹具垫圈、右侧夹具垫圈、支脚A窗膜、支脚B窗膜利用螺钉依次覆盖在炉体腔体的中子入射孔的外部、中子出射孔的外部、左侧的夹具孔的外部、右侧的夹具孔的外部、左侧引伸计测量支脚探入孔外部、右侧引伸计测量支脚探入孔的外部；所述的左侧冷却水套、右侧冷却水套分别固定在左侧夹具、右侧夹具上，上方冷却水套固定在炉体腔体的上面，左侧冷却水套的进水口与外部的冷水泵的出水口利用橡胶水管连接，左侧冷却水套的出水口与右侧冷却水套的进水口利用橡胶水管连接，右侧冷却水套的出水口与上方冷却水套的进水口利用橡胶水管连接，上方冷却水套的出水口与外部的冷水泵的回水口利用橡胶水管连接；所述的左侧夹具的一端、右侧夹具的一端利用螺纹分别连接到外部的原位力学拉伸装置的两个加载端上，左侧夹具的另一端、右侧夹具的另一端与样品连接；所述的高温引伸计固定在底座上，其两支测量支脚接触到样品上；所述的底座固定在外部的力学加载装置的底座上。
所述的高温引伸计的测量支脚为高温陶瓷材料的圆柱棒，接触样品端为刀口状，利用带弹簧的纤维绳夹持在底座上。
所述的炉体腔体的引伸计测量支脚探入孔为圆角矩形形状，圆角的直径与矩形的宽尺寸相同；所述的炉体腔体的夹具孔的直径尺寸比夹具直径尺寸大2mm；所述的炉体腔体的中子入射孔、中子出射孔、夹具孔、引伸计测量支脚探入孔外缘均开设螺纹孔。
所述的炉体腔体内部铺设加热丝，并填充保温纤维材料。
所述的入射窗口板、出射窗口板采用纯铝或蓝宝石制作，中子源为冷中子时入射窗口板、出射窗口板采用蓝宝石材料制作，中子源为热中子时入射窗口板、出射窗口板采用纯铝材料。
所述的支脚A窗膜、支脚B窗膜采用具有弹力的橡胶制成，中心位置开设十字缝开口。
所述的左侧夹具、右侧夹具为镍基高温合金材料的圆柱体，左侧夹具、右侧夹具的直径尺寸为样品直径尺寸的四倍，开设连接外部的中子衍射原位力学加载装置和样品的内螺纹。
所述的左侧冷却水套、右侧冷却水套、上方冷却水套上安装有宝塔接头，方便橡胶水管的搭建与拆卸。
所述的左侧夹具垫圈、右侧夹具垫圈为高温陶瓷纤维材料的圆环状薄片，内径尺寸与夹具直径尺寸相同。
本发明的特点是炉体腔体采用开设中子入射窗、中子出射窗的结构设计，并采用纯铝或蓝宝石材料作为入射窗口板、出射窗口板，使得装置允许测量中子基本无损耗通过，同时有效隔离外部冷空气。炉体腔体开设了引伸计测量支脚探入孔，使得在温度和力学加载过程中允许高温引伸计实时测量样品形变量信息，使得测量过程符合高温拉伸试验的国家标准，最终保证了测量结果的可靠性；同时支脚A窗膜、支脚B窗膜覆盖在炉体外罩上引伸计测量支脚探入孔外，并选用具有弹力的橡胶材料、中心位置开设十字缝开口的设计，使引伸计支脚顺利进入和测量形变量时自由移动，同时阻止外部空气进入，这种设计有效避免了引伸计的装载和使用过程中对加热区温度的均匀性造成干扰问题。炉体腔体的左侧、右侧、顶部都安装有冷却水套，避免了原位温度加载装置在温度加载过程中对外部的力学加载装置和中子谱仪产生影响或损伤情况发生；夹具与样品的连接采用螺纹连接，使得炉体内壁与样品能够尽量靠近，使得原位温度加载装置的总体结构尺寸比较小，有利于原位温度加载装置与不同大小的力学加载装置的配套使用。
本发明的有益效益在于：本发明的一种用于中子衍射的原位温度加载装置，所述装置开设中子入射窗、中子出射窗，使得装置能够在中子衍射实验中对样品进行原位加热；所述装置开设夹具孔、引伸计测量支脚探入孔，使得装置能够与原位力学装置配合使用，并能够实现符合高温拉伸试验的国家标准的中子衍射原位力学-温度复合环境加载实验。
附图说明
图1是本发明的用于中子衍射的原位温度加载装置的正视图；
图2是本发明的用于中子衍射的原位温度加载装置的右视图；
图3是本发明中的炉体腔体的结构的正视图；
图4是本发明中炉体腔体的结构的右视图；
图5是本发明的中的支脚A窗膜、支脚B窗膜的结构示意图；
图中，1.炉体腔体 2.底座 3.入射窗口板 4.出射窗口板 5.高温引伸计 6.支脚A窗膜 7.支脚B窗膜 8.左侧夹具 9.右侧夹具 10.左侧夹具垫圈 11.右侧夹具垫圈 12.左侧冷却水套 13.右侧冷却水套 14.上方冷却水套。
具体实施方式
下面结合附图对最佳实施例进行详细说明。
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
实施例1
图1是本发明的用于中子衍射的原位温度加载装置的正视图；图2是本发明的用于中子衍射的原位温度加载装置的右视图；图3是本发明中的炉体腔体的结构的正视图；图4是本发明中炉体腔体的结构的右视图。在图1至图5中，本发明中的一种用于中子衍射的原位温度加载装置包括炉体腔体1、底座2、入射窗口板3、出射窗口板4、高温引伸计5、支脚A窗膜6、支脚B窗膜7、左侧夹具8、右侧夹具9、左侧夹具垫圈10、右侧夹具垫圈11、左侧冷却水套12、右侧冷却水套13、上方冷却水套14。所述的炉体腔体1上开设中子入射孔、中子出射孔、两个夹具孔、两个引伸计测量支脚探入孔。
所述的炉体腔体1固定在底座2上；所述的入射窗口板3、出射窗口板4、左侧夹具垫圈10、右侧夹具垫圈11、支脚A窗膜6、支脚B窗膜7利用螺钉依次覆盖在炉体腔体1的中子入射孔的外部、中子出射孔的外部、左侧的夹具孔的外部、右侧的夹具孔的外部、左侧引伸计测量支脚探入孔外部、右侧引伸计测量支脚探入孔的外部；所述的左侧冷却水套12、右侧冷却水套13分别固定在左侧夹具8、右侧夹具9上，上方冷却水套14固定在炉体腔体1的上面，左侧冷却水套12的进水口与外部的冷水泵的出水口利用橡胶水管连接，左侧冷却水套12的出水口与右侧冷却水套13的进水口利用橡胶水管连接，右侧冷却水套13的出水口与上方冷却水套14的进水口利用橡胶水管连接，上方冷却水套14的出水口与外部的冷水泵的回水口利用橡胶水管连接；所述的左侧夹具8的一端、右侧夹具9的一端利用螺纹分别连接到外部的原位力学拉伸装置的两个加载端上，左侧夹具8的另一端、右侧夹具9的另一端与样品连接；所述的高温引伸计5固定在底座2上，其两支测量支脚接触到样品上；所述的底座2固定在外部的力学加载装置的底座上；
所述的高温引伸计5的测量支脚为高温陶瓷材料的圆柱棒，接触样品端为刀口状，利用带弹簧的纤维绳夹持在底座2上；
所述的炉体腔体1的引伸计测量支脚探入孔为圆角矩形形状，圆角的直径与矩形的宽尺寸相同；所述的炉体腔体1的夹具孔的直径尺寸比夹具直径尺寸大2mm；所述的炉体腔体1的中子入射孔、中子出射孔、夹具孔、引伸计测量支脚探入孔外缘均开设螺纹孔；
所述的炉体腔体1内部铺设加热丝，并填充保温纤维材料；
所述的入射窗口板3、出射窗口板4采用纯铝或蓝宝石制作，中子源为冷中子时入射窗口板3、出射窗口板4采用蓝宝石材料制作，中子源为热中子时入射窗口板3、出射窗口板4采用纯铝材料；
所述的支脚A窗膜6、支脚B窗膜7采用具有弹力的橡胶制成，中心位置开设十字缝开口；
所述的左侧夹具8、右侧夹具9为镍基高温合金材料的圆柱体，左侧夹具8、右侧夹具9的直径尺寸为样品直径尺寸的四倍，开设连接外部的中子衍射原位力学加载装置和样品的内螺纹；
所述的左侧冷却水套12、右侧冷却水套13、上方冷却水套14上安装有宝塔接头，方便橡胶水管的搭建与拆卸；
所述的左侧夹具垫圈10、右侧夹具垫圈11为高温陶瓷纤维材料的圆环状薄片，内径尺寸与夹具直径尺寸相同；
本实施例中的入射窗口板3、出射窗口板4的材料选用蓝宝石材料；左侧夹具 8、右侧夹具9的直径为20mm，两侧开设内螺纹的直径为10mm；炉体腔体1的两个夹具孔的直径为22mm，炉体腔体1的内径为25mm。
经上述实施后，本发明可对直径为5mm的小型金属棒状的标准样品进行温度加载，与外部的原位力学拉伸装置一起，可在冷中子衍射谱仪上开展中子衍射原位温度-力学复合环境下的中子测量实验。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是入射窗口板3、出射窗口板4的材料选用纯铝材质，左侧夹具 8、右侧夹具9的直径为40mm，两侧开设内螺纹的直径为20mm；炉体腔体1的两个夹具孔的直径为42mm，炉体腔体1的内径为45mm。
经上述实施后，本发明可对直径为10mm的较大型金属棒状的标准样品进行温度加载，与外部的原位力学拉伸装置一起，可在热中子衍射谱仪上开展中子衍射原位温度-力学复合环境下的中子测量实验。
实施例3
本实施例与实施例2的结构相同，不同之处是所述的左侧夹具8的一端、右侧夹具9的一端利用螺纹分别连接到外部的固定支架上，左侧夹具8的另一端、右侧夹具9的另一端与样品连接。
经上述实施后，本发明可对直径为10mm的较大型金属棒状的标准样品进行温度加载，可在热中子衍射谱仪上开展中子衍射原位温度环境下的中子测量实验。
Claims (7)
1.一种用于中子衍射的原位温度加载装置，包括炉体腔体（1）、底座（2）、入射窗口板（3）、出射窗口板（4）、左侧夹具（8）、右侧夹具（9）、左侧冷却水套（12）、右侧冷却水套（13）；其特征在于：所述装置还包括高温引伸计（5）、支脚A窗膜（6）、支脚B窗膜（7）、左侧夹具垫圈（10）、右侧夹具垫圈（11）、上方冷却水套（14）；所述的炉体腔体（1）上开设中子入射孔、中子出射孔、两个夹具孔、两个引伸计测量支脚探入孔；其连接关系是，所述的炉体腔体（1）固定在底座（2）上；所述的入射窗口板（3）、出射窗口板（4）、左侧夹具垫圈（10）、右侧夹具垫圈（11）、支脚A窗膜（6）、支脚B窗膜（7）利用螺钉依次覆盖在炉体腔体（1）的中子入射孔的外部、中子出射孔的外部、左侧的夹具孔的外部、右侧的夹具孔的外部、左侧引伸计测量支脚探入孔外部、右侧引伸计测量支脚探入孔的外部；所述的左侧冷却水套（12）、右侧冷却水套（13）分别固定在左侧夹具（8）、右侧夹具（9）上，上方冷却水套（14）固定在炉体腔体（1）的上面，左侧冷却水套（12）的进水口与外部的冷水泵的出水口利用橡胶水管连接，左侧冷却水套（12）的出水口与右侧冷却水套（13）的进水口利用橡胶水管连接，右侧冷却水套（13）的出水口与上方冷却水套（14）的进水口利用橡胶水管连接，上方冷却水套（14）的出水口与外部的冷水泵的回水口利用橡胶水管连接；所述的左侧夹具（8）的一端、右侧夹具（9）的一端利用螺纹分别连接到外部的原位力学拉伸装置的两个加载端上，左侧夹具（8）的另一端、右侧夹具（9）的另一端与样品连接；所述的高温引伸计（5）固定在底座（2）上，其两支测量支脚接触到样品上；
所述的高温引伸计（5）的测量支脚为高温陶瓷材料的圆柱棒，接触样品端为刀口状，利用带弹簧的纤维绳夹持在底座（2）上；
所述的支脚A窗膜（6）、支脚B窗膜（7）采用橡胶制成，中心位置开设十字缝开口。
2.根据权利要求1所述的用于中子衍射的原位温度加载装置，其特征在于：所述的炉体腔体（1）的引伸计测量支脚探入孔为圆角矩形。
3.根据权利要求1所述的用于中子衍射的原位温度加载装置，其特征在于：所述的炉体腔体（1）内设置有加热丝及保温纤维材料。
4.根据权利要求1所述的用于中子衍射的原位温度加载装置，其特征在于： 所述的入射窗口板（3）、出射窗口板（4）采用纯铝或蓝宝石制作，中子源为冷中子时入射窗口板（3）、出射窗口板（4）采用蓝宝石材料制作，中子源为热中子时入射窗口板（3）、出射窗口板（4）采用纯铝材料。
5.根据权利要求1所述的用于中子衍射的原位温度加载装置，其特征在于：所述的左侧夹具（8）、右侧夹具（9）分别为镍基高温合金材料的圆柱体，左侧夹具（8）、右侧夹具（9）的直径为样品直径的四倍。
6.根据权利要求1所述的用于中子衍射的原位温度加载装置，其特征在于：所述的左侧冷却水套（12）、右侧冷却水套（13）、上方冷却水套（14）上安装有宝塔接头，方便橡胶水管的搭建与拆卸。
7.根据权利要求1所述的用于中子衍射的原位温度加载装置，其特征在于：所述的左侧夹具垫圈（10）、右侧夹具垫圈（11）为高温陶瓷纤维材料的圆环状薄片。
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