一种基于X射线透射的高低温原位加载装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于X射线透射的高低温原位加载装置，包括力学加载装置、温度控制装置和水冷装置；电机通过齿轮传动装置带动设置在上连接板和底座之间的滚珠丝杆转动；通过滚珠丝杆的转动带动滚珠螺母的上下运动；螺母座下部设置有上夹头；下夹头上连接拉压力传感器；还包括用于测量试样应变的高温应变片；温度控制装置设置在上夹头和下夹头对应位置；温度控制装置用于控制测试室内的温度；水冷装置用于控制拉压力传感器的温度；本发明专利技术尺寸相对较小、结构紧凑，能够基于不同温度场环境条件下对试样进行力学性能测试和织构变形分析。

A high temperature and low temperature in-situ loading device based on X ray transmission

The invention discloses a high and low temperature in-situ loading device based on X-ray transmission, including a mechanical loading device, a temperature control device and a water-cooling device; a motor drives the ball screw set between the upper connecting plate and the base through a gear transmission device; and a ball screw drives the up and down movement of the ball nut through the rotation of the ball screw; The lower part of the nut seat is provided with an upper chuck; the lower chuck is connected with a tension pressure sensor; the high temperature strain gauge for measuring the strain of the sample is also included; the temperature control device is set at the corresponding position of the upper chuck and the lower chuck; the temperature control device is used to control the temperature of the test room; and the water cooling device is used to control the temperature of the tension pressure sensor. The invention has relatively small size and compact structure, and can test mechanical properties and analyze texture deformation of samples under different temperature field environment conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于X射线透射的高低温原位加载装置
本专利技术涉及微尺度高低温-力学性能测试仪，具体涉及一种基于X射线透射的高低温原位加载装置。
技术介绍
随着现代材料科学、纳米材料、生物和医学材料的发展，各种新材料层出不穷，如复合材料、功能材料、低维材料及亚稳材料、生物材料等都在改变我们的生活；传统的拉伸实验与检测手段已不能满足材料学科的发展趋势；在试样进行不同温度下拉伸/压缩等温度-力学加载试验的同时，通过对样品的微结构和力学性能测试显得尤为重要；同时科技的发展，人类对材料的使用要求越来越高，使用条件愈加复杂，随之而来的材料问题也愈发严重；由于过去的材料评估与表征技术越来越不能满足复杂条件服役下的材料失效问题，因此在现实生活中，材料失效的问题时常发生；因此，改善并提升材料性能及其服役状态下的可靠性就需要对材料失效的变形机制进行深入研究，具有较好的社会效益、良好的经济效益和广阔的市场应用前景；拉伸试验机当前通过施加拉伸/压缩方法的原位拉伸力学测试的研究已经在国外大量的文献有发表，具体优势在于可以与分析检测方式相配合，如X射线衍射仪、扫描电子显微镜等配合使用；目前的比如微型金属材料试样进行的微尺度原位拉伸测试研究；从材料的微观变形机制去了解材料的力学性能，可进一步优化材料结构参数，对新材料的开发和工程应用具有重大意义；而实际工程应用的材料微观组织及其复杂，各相性能差别大，在形变过程中微观尺度上的应力应变分配不均匀往往是导致其最终破坏的关键因素；为了适应材料科学的发展，透射X射线观察试样拉伸时的织构变形机理，并由此研究材料破坏过程中与加载状态之间的关系，变得尤为重要。目前，基于扫描电镜与透射电镜原位测试的加载装置较多，基于其它测试方式的原位加载装置鲜有提及，极大制约了材料研究的深入与发展；而且大部分商业原位加载装置如Kammrath–Weiss、GATANMicrotest系列产品，不仅价格昂贵，而且没有针对特定测试手段的加载装置；目前大多数现有的小型原位拉伸装置只能够对试样进行单一载荷下的微观力学性能的分析；而材料在实际的工作情况下，往往是不同温度的条件下工作，材料的各种力学性能已经不能以单一载荷测试下的性能进行评定；随着社会的发展，具有优良的力学性能的功能材料已经逐渐被人们所使用，这就使得对不同温度作用下试样的力学性能的分析需求的迫切；而现有的大多数原位加载装置很难满足上述条件下材料测试过程的检测，因此，开发一种能够基于高低温的原位材料力学性能测试装置以及基于不同温度进行分析的测试方法就显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种尺寸相对较小、结构紧凑，能够基于不同温度场环境条件下对试样进行力学性能测试和织构变形分析的基于X射线透射的高低温原位加载装置。本专利技术采用的技术方案是：一种基于X射线透射的高低温原位加载装置，包括力学加载装置、温度控制装置和水冷装置；力学加载装置包括上连接板、底板和用于连接上连接板和底板的支撑板构成的装置本体；上连接板上设置有齿轮传动装置，电机通过齿轮传动装置带动设置在上连接板和底座之间的滚珠丝杆转动；滚珠丝杆上设置有滚珠螺母，通过滚珠丝杆的转动带动滚珠螺母的上下运动；滚珠螺母固定在螺母座上；螺母座下部设置有上夹头，上夹头下方对应位置设置有下夹头；下夹头上连接拉压力传感器；还包括用于测量试样应变的高温应变片；温度控制装置设置在上夹头和下夹头对应位置，上夹头和下夹头和温度控制装置之间形成密闭的测试室；温度控制装置用于控制测试室内的温度；水冷装置设置在温度控制装置下部拉压力传感器对应位置；用于控制拉压力传感器的温度；还包括用于测量试样温度的热电偶，热电偶、高温应变片和拉压力传感器连接信号采集装置，信号采集装置连接用于保存数据和显示被测试样的实时应力-应变曲线及温度的控制系统；测试室被测试样对应位置相对的设置有圆形X射线入射窗口和圆形X射线出射窗口；X射线入射窗口和X射线出射窗口满足下述关系：r2≥r1+Ltanθ式中：r1为X射线入射窗口半径，r2为X射线出射窗口半径，θ为X射线入射角和出射角之间的夹角；L为X射线出射窗口与被测试样的垂直距离。进一步的，所述温度控制装置包括温度控制系统、和均与温度控制系统连接的加热装置、降温装置；加热装置包括测试室外设置的加热槽，加热槽内设置有加热电阻丝；降温装置包括连接测试室的液氮入口和液氮出口。进一步的，所述水冷装置为密闭的筒状结构；水冷装置上设置有进水口和出水口，水冷装置上表面设置有法兰盘；法兰盘与水冷装置之间设置有密封圈；水冷装置内设置有用于测试其温度的温度传感器，温度传感器连接信号采集装置。进一步的，所述滚珠丝杆与上连接板和底板均通过高速滚珠轴承连接。进一步的，所述拉压力传感器一端与底板连接，另一端连接连接板；下夹头通过传感器连接杆连接连接板。进一步的，所述上夹头和下夹头上设置有网格型防滑槽。进一步的，所述温度控制装置上设置有L型通道，热电偶通过L型通道深入测试室。进一步的，所述上夹头通过夹头连接杆连接螺母座。进一步的，所述齿轮传动装置包括一级齿轮和设置在一级齿轮两端的两个二级齿轮；一级齿轮连接电机，两个二级齿轮分别连接两根滚珠丝杆；螺母座设置在两根滚珠丝杆之间。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术可在试样进行拉伸/压缩试验时，实时进行X射线透射分析，同时由于出射入射窗口的尺寸设计也可以保证兼容衍射数据的采集分析；(2)本专利技术能够在进行原位力学性能测试分析时，针对高温、低温对试样进行分析，测试室升温降温速率快，保温稳定，测温准确，能够同时兼容X射线透射和衍射分析；(3)本专利技术装置相对尺寸小、重量轻、刚度高、结构紧凑、受力稳定、操作简单；(4)本专利技术使用的零件材料都是市面成规模生产的材料，制造过程简单、成本低。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术力学加载装置结构示意图。图3为本专利技术温度控制装置结构示意图。图4为本专利技术温度控制装置左视图。图5为本专利技术水冷装置示意图。图6为本专利技术X射线透射与衍射信号接收示意图。图中：1-力学加载装置，2-温度控制装置，3-水冷装置，4-齿轮传动装置，5-锁紧螺母，6-上连接板，7-支撑板，8-电机，9-电机挡板，10-螺母座，11-夹头连接杆，12-上夹头，13-下夹头，14-拉压力传感器，15-传感器连接杆，16-滚珠丝杆，17-齿轮舱外壳，18-测试室，19-液氮入口，20-液氮出口，21-法兰盘，22-X射线入射窗口。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1-4所示，一种基于X射线透射的高低温原位加载装置，包括力学加载装置1、温度控制装置2和水冷装置3；水冷装置3为传感器水冷装置；力学加载装置1包括上连接板6、底板和用于连接上连接板6和底板的支撑板7构成的装置本体；上连接板6上设置有齿轮传动装置4，电机8通过齿轮传动装置4带动设置在上连接板6和底座之间的滚珠丝杆16转动；滚珠丝杆16上设置有滚珠螺母，通过滚珠丝杆16的转动带动滚珠螺母的上下运动；滚珠螺母固定在螺母座10上；螺母座10下部设置有上夹头12，上夹头12下方对应位置设置有下夹头13；下夹头13上连接拉压力传感器14；上夹头12上设置有用于测量试样应变的高温应变片；温度控制装置2设置在上夹头12和下夹头13对应位置，上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于X射线透射的高低温原位加载装置，其特征在于，包括力学加载装置(1)、温度控制装置(2)和水冷装置(3)；力学加载装置(1)包括上连接板(6)、底板和用于连接上连接板(6)和底板的支撑板(7)构成的装置本体；上连接板(6)上设置有齿轮传动装置(4)，电机(8)通过齿轮传动装置(4)带动设置在上连接板(6)和底座之间的滚珠丝杆(16)转动；滚珠丝杆(16)上设置有滚珠螺母，通过滚珠丝杆(16)的转动带动滚珠螺母的上下运动；滚珠螺母固定在螺母座(10)上；螺母座(10)下部设置有上夹头(12)，上夹头(12)下方对应位置设置有下夹头(13)；下夹头(13)上连接拉压力传感器(14)；还包括用于测量试样应变的高温应变片；温度控制装置(2)设置在上夹头(12)和下夹头(13)对应位置，上夹头(12)和下夹头(13)和温度控制装置(2)之间形成密闭的测试室(18)；温度控制装置(2)用于控制测试室(18)内的温度；水冷装置(3)设置在温度控制装置(2)下部拉压力传感器(14)对应位置；用于控制拉压力传感器(14)的温度；还包括用于测量试样温度的热电偶，热电偶、高温应变片和拉压力传感器连接信号采集装置，信号采集装置连接用于保存数据和显示被测试样的实时应力‑应变曲线及温度的控制系统；测试室(18)被测试样对应位置相对的设置有圆形X射线入射窗口(22)和圆形X射线出射窗口；X射线入射窗口(22)和X射线出射窗口满足下述关系：r2≥r1+Ltanθ式中：r1为X射线入射窗口(22)半径，r2为X射线出射窗口半径，θ为X射线入射角和出射角之间的夹角；L为X射线出射窗口与被测试样的垂直距离。...

【技术特征摘要】
1.一种基于X射线透射的高低温原位加载装置，其特征在于，包括力学加载装置(1)、温度控制装置(2)和水冷装置(3)；力学加载装置(1)包括上连接板(6)、底板和用于连接上连接板(6)和底板的支撑板(7)构成的装置本体；上连接板(6)上设置有齿轮传动装置(4)，电机(8)通过齿轮传动装置(4)带动设置在上连接板(6)和底座之间的滚珠丝杆(16)转动；滚珠丝杆(16)上设置有滚珠螺母，通过滚珠丝杆(16)的转动带动滚珠螺母的上下运动；滚珠螺母固定在螺母座(10)上；螺母座(10)下部设置有上夹头(12)，上夹头(12)下方对应位置设置有下夹头(13)；下夹头(13)上连接拉压力传感器(14)；还包括用于测量试样应变的高温应变片；温度控制装置(2)设置在上夹头(12)和下夹头(13)对应位置，上夹头(12)和下夹头(13)和温度控制装置(2)之间形成密闭的测试室(18)；温度控制装置(2)用于控制测试室(18)内的温度；水冷装置(3)设置在温度控制装置(2)下部拉压力传感器(14)对应位置；用于控制拉压力传感器(14)的温度；还包括用于测量试样温度的热电偶，热电偶、高温应变片和拉压力传感器连接信号采集装置，信号采集装置连接用于保存数据和显示被测试样的实时应力-应变曲线及温度的控制系统；测试室(18)被测试样对应位置相对的设置有圆形X射线入射窗口(22)和圆形X射线出射窗口；X射线入射窗口(22)和X射线出射窗口满足下述关系：r2≥r1+Ltanθ式中：r1为X射线入射窗口(22)半径，r2为X射线出射窗口半径，θ为X射线入射角和出射角之间的夹角；L为X射线出射窗口与被测试样的垂直距离。2.根据权利要求1所述的一种基于X射线透射的高低温原位加载装置，其特征在于，所述温度控制装置(2)包括温度控...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯召东，孟令达，别必雄，刘鹏飞，范端，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51