CN112593294A

CN112593294A - 一种中子单色器用非完美单晶片的加工设备

Info

Publication number: CN112593294A
Application number: CN202011335705.0A
Authority: CN
Inventors: 罗奕兵; 谢炜; 仝永钢; 余小峰; 曹太山; 华熳煜
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-04-02

Abstract

一种中子单色器用非完美单晶片的加工设备由加热电炉、温度控制***、模具***、加载***、真空保护***、操作台、辅助***组成；加热电炉炉口朝下，真空***由玻璃罩、真空泵及其附件组成；模具***和夹持部分均内置于玻璃罩，夹持部分主体为旋转杆和由两个平行四边形机构组成的夹钳，旋转杆为套管结构，旋转杆可绕自身轴线旋转。该机构简单，可在视频监控***帮助下在炉内进行坯料的移送和翻转，提高生产效率。

Description

一种中子单色器用非完美单晶片的加工设备

技术领域

本发明属于一种薄片的高温成型装置，尤其涉及到一种中子单色器用非完美单晶片的加工设备。

背景技术

反应堆和加速器提供的慢中子通常都具有连续的能谱，而中子散射实验须提供某个一个很窄特定波长范围的“单色中子”。利用晶体的Bragg相干散射从白光中子源，通过反射和透射来获得所需“单色中子”，这是中子散射频谱仪最常用的方法。中子单色器就是利用晶体的Bragg反射形成所需“单色中子”。因此，中子单色器是中子散射频谱仪上一种常见的中子光学组件，对频谱仪的分辨率和入射中子束强度有着重要影响，被称为中子散射频谱仪的“心脏”。为提高出射中子的强度，通常采用非完美晶体仍然是中子单色器或中子分析器的首要选择。

人工单晶是由尺寸非常小嵌镶块组成，嵌镶块内具有完美的周期分布的点阵结构，但镶嵌块之间存在厚度为几埃的无序原子层。为了获取足够的中子强度，单色器用的嵌镶晶体宽度必须匹配入射束的水平发散，约为0.3-05°。而人工单晶的嵌镶度非常小，需要增加几十倍后才能用作中子单色器。在晶体中引入大的嵌镶结构被称为嵌镶延展技术，增加嵌镶宽度，将极大地提高晶体Bragg反射的强度，满足中子频谱仪对强度的需求。

目前，制备中子单色器用非完美晶体片主要采用单晶热压形变技术（肖红文等，锗单晶热压形变装置，专利号：200710151357.X， 2007.9.30；肖红文等，锗单晶热压形变工艺，专利号：200710151358.4,2007.9.30）。但本方法制备非完美单晶锗片需要经过正向弯曲、整平、反向弯曲、整平的多个循环过程。由于锗片需在真空高温下变形，其每个工位只能完成一个变形工序，其每道次工序需要锗片装片、真空保护、加热、成形、冷却，其生产流程长，效率低下。

发明内容

针对已有设备的不足。本发明提供一种中子单色器用非完美单晶片的加工设备，其特征在于，设备由加热电炉、温度控制***、模具***、加载***、真空保护***、操作台、辅助***组成。

所述温度控制***由温度测量和控制仪组成，温度测量采用热电偶形式，温度控制采用与热电偶相匹配的温控仪；

所述加热电炉的最高加热温度不高于1350°，炉膛为圆柱形且炉口朝下，加热电炉具有垂直升降或部分炉膛可旋转具有开闭功能；

所述真空***由玻璃罩、玻璃罩支撑板、真空泵及其附件组成；

进一步，所述玻璃罩主体为圆柱体，一端为穹顶封闭，另一端为通孔，玻璃罩在处于保护状态时，玻璃罩呈立式放置并使通孔端朝下，通孔端处于操作台的水冷套箱内的玻璃罩支撑板所支撑，本设备处于工作状态时，水冷套箱内的液面始终高于玻璃罩的通孔端面，在玻璃罩的圆柱面开设有操作口，操作口装配有不透气材质的手套，手套与玻璃罩之间采用法兰+胶接密封方式；

进一步，所述真空泵及其附件包含管路、接头、真空计、阀门等，以管接头形式从阻挡法兰引出真空腔，管接头、管路、真空计、阀门之间的连接采用卡扣、螺纹或胶接的密封形式；

所述热电偶的连接线从阻挡法兰中引出玻璃罩，其连接线与阻挡法兰间的密封采用胶接方法；

所述操作台的主体为水冷套箱结构，水冷套箱开设有环形槽，环形槽下设置有玻璃罩支撑板，玻璃罩支撑板带动玻璃罩上下移动；

所述辅助***包含绝热垫、置放架、保护层、夹具、视频监控；

进一步，所述绝热垫安置于操作口和操作手套之上；

进一步，所述置物架处于绝热垫和阻挡法兰之间，绝热垫、置物架、阻挡法兰三者之间位置相对固定；

进一步，所述保护层为复合结构，其分别绝热的外层、散热的内层、中间为不透水的隔离层，散热层的散热介质为水，散热的主要方向为垂直向下，在玻璃罩处于被加热状态时，保护层包覆玻璃罩操作口及以下的外壳部分，以免除操作手套受加热电炉的影响；

进一步，所述夹具主体为旋转杆和由两个平行四边形机构组成的夹钳，旋转杆垂直安装于操作台且具有旋转和垂直升降功能，旋转杆为套管结构，在管内通循环冷却水，旋转杆可绕自身轴线旋转，旋转角度不小于45°，两个平行四边形机构组成的夹钳以铰链形式固定于旋转杆；

进一步，所述旋转杆从阻挡法兰引出玻璃罩的内腔，旋转杆与阻挡法兰之间采用动压密封形式，旋转杆的旋转中心轴线、整平模具和弯曲模具的压力中心三者在同一水平面的投影构成以旋转杆轴线投影为顶点的等腰三角形；

进一步，所述视频监控由摄像头和视频监视器和连接线组成，摄像头安装于内通循环冷却水的旋转杆管壁，连接线从旋转杆内引出玻璃罩内腔与外面视频监视器相连。

所述模具***有弯曲模和整平模具各一套，均采用倒装结构，均置于同一个玻璃罩内，模具材料采用耐热钢、或不锈钢、或高温合金、或陶瓷制成，整平的上模和弯曲凸模均固定于模座，加载***带动整平下模和弯曲凹模实现升降和加载，模具的定位通过固定于模座的导向柱实现；

进一步，所述整平模具和弯曲模具的加载压力、加载时间和加载速度均可以单独控制。

所述加载***为气压或油压加载方式。

本发明的优点在于：

1.本发明整合了弯曲和整平模具，可让两片锗片参与成型，提高了生产效率；

2.采用了操作手套，无须等非完美单晶片冷却至室温再进行操作，可极大地减少冷却等待时间；

3.在玻璃罩内设置有锗片置物架，从而一个生产周期可成型多片非完美单晶片；

4.采用了绝热垫，降低了加热区对置物架和操作手套的影响；

5.旋转杆采用水冷套管形式，保证了安装在管壁的摄像头处于较低的温度，免受电炉的影响；

6.在玻璃罩处于被加热状态时，玻璃罩操作口及以下的外壳部分包覆有绝热层和散热层，进一步保护了操作手套；

7.采用视频监控、旋转杆和平行四边形机构的夹具，因此，可以在炉内进行非完美单晶片的移位、翻转等操作，极大地提高生产效率。

附图说明

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

图1为本发明设备的示意图，1为为玻璃罩，采用高硅玻璃或石英玻璃制成；2为加热电炉，电炉炉口朝下，具有垂直升降或炉膛开闭功能； 3为模座，采用金属制成；4为整平上模，采用耐热钢或不锈钢或陶瓷制成；5为整平下模，采用耐热钢或不锈钢或陶瓷制成； 6为摄像头； 7为旋转杆，采用金属材料制成；8为置物架，采用金属材料制成；9为阻挡法兰，采用金属材料制成，阻挡法兰与玻璃罩之间采用动压密封结构；10为玻璃罩支撑板，采用金属材料制成；11为真空泵及其附件；12为温度控制***，采用热电偶与温控仪； 13为视频监控器；14为模具加载***，采用气压或油压加载方式，整平下模、弯曲凹模的加载压力、加载速度、加载时间各自调控；15为操作台，主体为水冷套箱，采用金属材料制成；16为保护层，为复合结构，内层为散热层，主要散热为垂直向下，外层为绝热层，中间层为不透水的隔离层；17为操作手套，采用柔性不透气材料制成；18为绝热垫， 19为夹钳，采用不锈钢或耐热钢制成；20为弯曲凹模，采用耐热钢或高温合金或不锈钢或陶瓷制成；21为为非完美单晶片；22为弯曲凸模，采用耐热钢或高温合金或不锈钢或陶瓷制成。

具体实施方式

本设备原理如如图1所示。

1为为玻璃罩，采用石英玻璃制成；2为加热电炉，电炉炉口朝下，具有垂直升降功能； 3为模座，采用耐热钢制成；4为整平上模，采用陶瓷制成；5为整平下模，采用陶瓷制成；6为摄像头； 7为旋转杆，采用铜合金制成；8为置物架，采用钢铁制成；9为阻挡法兰，采用金属制成，阻挡法兰与玻璃罩之间采用密封圈的形式；10为玻璃罩支撑板，采用金属材料制成；11为真空泵及其附件，包含真空泵和真空计和连接管路等；12为温度控制***，采用热电偶与温控仪； 13为视频监控器；14为模具加载***，采用气压加载方式，整平模具、弯曲模具的加载压力、加载速度、加载时间各自调控；15为操作台，主体为水冷套箱，采用金属材料制成；16为保护层，为复合结构，内层为散热层，主要散热为垂直向下，外层为绝热层，中间层为不透水隔离层，采用塑料薄片制成；17为操作手套，采用橡胶制成；18为绝热垫，采用多孔棉制成；19为夹钳为双平行四边形机构，采用不锈钢制成，夹钳机构采用铰链形式固定于旋转杆；20为弯曲凹模，采用不锈钢制成；21为非完美单晶片；22为弯曲凸模，采用不锈钢制成。

Claims

1.一种中子单色器用非完美单晶片的加工设备由加热电炉、温度控制***、模具***、加载***、真空保护***、操作台、辅助***组成；

其特征在于，加热电炉的最高加热温度不高于1350°，炉膛为圆柱形且炉口朝下，加热电炉具有垂直升降或部分炉膛可旋转具有开闭功能；真空***由玻璃罩、玻璃罩支撑板、真空泵、真空计、连接接头、管路组成；

进一步，所述玻璃罩主体为圆柱体，一端为穹顶封闭，另一端为通孔，玻璃罩在处于保护状态时，玻璃罩通孔端朝下立式放置于玻璃罩支撑板之上，在玻璃罩的圆柱面开设有操作口，操作口装配有不透气材质的手套；

进一步，所述操作台的主体为水冷套箱结构，水冷套箱开设有环形槽，环形槽下设置有玻璃罩支撑板；

所述辅助***包含绝热垫、置放架、保护层、夹持部分、视频监控。

2.根据权利要求1所述保护层，其特征在于，保护层为复合结构包含绝热的外层、散热的内层、隔离的中间层，散热层的散热介质为水，散热的主要方向为垂直向下，保护层包覆玻璃罩操作口及以下的外壳部分。

3.根据权利要求1所述夹持部分，其特征在于，夹持部分的主体为旋转杆和由两个平行四边形机构组成的夹钳，旋转杆垂直安装于操作台且具有旋转和垂直升降功能，旋转杆为套管结构，在管内循环通水，旋转杆可绕自身轴线旋转，旋转角度不小于45°，两个平行四边形机构组成的夹钳以铰链形式固定于旋转杆；

进一步，所述旋转杆的旋转中心轴线、整平模具和弯曲模具的压力中心三者在同一水平面的投影构成以旋转杆轴线投影为顶点的等腰三角形。

4.根据权利要求1所述视频监控由摄像头和视频监视器和连接线组成，其特征在于，摄像头安装于内通循环水的旋转杆管壁，连接线从旋转杆内引出玻璃罩内腔与外面视频监视器相连。

5.根据权利1要求所述模具***有弯曲模和整平模具各一套，均采用倒装结构，均置于同一个玻璃罩内，模具材料采用耐热钢、或不锈钢、或高温合金、或陶瓷制成，整平的上模和弯曲凸模均固定于模座，加载***带动整平下模和弯曲凹模实现升降和加载，模具的定位通过固定于模座的导向柱实现。