一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置及方法制造方法及图纸

一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置及方法，属于小角散射技术领域。金刚石薄片与样品仓耦合固连，样品仓位于加热盘中央耦合固定于绝热筒中央部位，并与加热盘表面接触滑动；进光窗口与出光窗口、样品仓光路准直良好，位于同一水平线上，射线通过进光窗口，经射线通道，样品仓抵达出光窗口，且进光窗口和出光窗口用Kapton膜进行封堵，金刚石薄片与Kapton膜采用专用胶水进行无缝隙粘结，固于样品仓两侧；加热盘通过线圈经顺时针缠绕式连接，温度传感器置于加热盘表面进行接触，吸附气体通过进气口进入抵达气孔扩散至样品仓。本发明专利技术填补了小角散射研究煤、页岩等多孔介质在高温高压多场耦合叠加条件下的实验设备的短缺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置及方法，属于小角散射

技术介绍
多孔介质材料孔隙特征表征一直是先进材料聚焦的热点。煤、页岩等纳米孔隙结构可达纳米尺度，常规方法难以对此进行表征，而煤高温热解过程煤中纳米孔隙结构变化涉及煤层气页岩气以及核废料储存等科学问题。目前存在的常规探测孔隙的方法主要有两种，一是流体法，如氮气吸附法和核磁共振、压汞法测得孔隙结构；二是射线法，诸如场发射电镜SEM、透射电镜TEM获得储层孔隙结构，而上述传统方法却只能测得孔隙的开孔，对闭孔难以实现探测，而且只能用以表征室温下煤页岩等多孔介质下的孔隙结构特征，更不必说温度场和高压气体氛围条件下微观孔隙结构变化的表征；而小角散射包括中子散射、X射线小角散射为无损检测为纳米尺度孔隙表征带来新的思路，其可在常规单一场室温和大气压下探测1～100nm的孔隙结构，但是受实验设备、装置限制对多场环境下纳米孔隙结构的测量研究较少，导致气体氛围及高温作用下的纳米孔隙结构变化研究仍然是空白。基于上述情况，迫切需要一种可施加温度场、高压气体氛围环境场，装置整体穿孔透光性好并且可承载高温高压气体的装置研发，成本低、操作简便，进而实现小角散射领域煤、页岩等多孔介质领域吸附变形效应以及高温热破坏下孔隙结构变化特征研究，实现多场耦合。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术提供一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置及方法。一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，包括：进光窗口、出光窗口、金刚石薄片、Kapton膜、样品仓、进气口、线圈、加热盘、绝热筒、温度传感器、气孔、射线通道，金刚石薄片与样品仓耦合固连，样品仓位于加热盘中央耦合固定于绝热筒中央部位，并与加热盘表面接触滑动；进光窗口与出光窗口、样品仓光路准直良好，位于同一水平线上，射线通过进光窗口，经射线通道，样品仓抵达出光窗口，且进光窗口和出光窗口用Kapton膜进行封堵，金刚石薄片与Kapton膜采用专用胶水进行无缝隙粘结，固于样品仓两侧；加热盘通过线圈经顺时针缠绕式连接，温度传感器置于加热盘表面进行接触，吸附气体通过进气口进入抵达气孔扩散至样品仓。金刚石薄片根据X光线对样品的穿透能力和其熔沸点及热稳定性综合考量选取而得，金刚石薄片X射线透过性能良好，强度不会衰减超过35％，金刚石薄片在高温环境下能够承受压强，金刚石薄片在高温作用下其性质稳定，不会发生融化等物理变化，同时其化学性质极为稳定，不会与多种气体发生反应。样品仓为小型圆柱体由钢合金制成，具有实验条件下的热稳定性好，其镶嵌在加热盘中央与加热盘径向耦合，中心轴线与加热圆盘成90度，金刚石薄片与Kapton膜采用专用胶水进行无缝隙粘结，固于样品仓两侧。加热盘采用串联方式，加热盘耐温范围为0℃～450℃，升温速率多级可调，加热盘中心留出一个空心的小型空心圆柱体，其厚度为4个厘米，其直径保证与样品仓外侧的直径匹配，实现耦合对接。所述绝热筒内置传感器，绝热筒两侧具有进光窗口、出光窗口，采用金刚石薄片辅之以Kapton膜进行密闭。一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂方法，采用一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，包括如下步骤:步骤a、根据所需研究的不同气氛条件下样品的多物理场耦合，将金刚石片与Kapton膜粘结安装于样品仓两侧，利用镊子将待研究样品置于样品仓中，样品仓通过螺钉在密封圈的作用下保证气密性；步骤b、将进气口与待用气瓶连接，置于预留加热盘中央部位，样品仓整体镶嵌在加热盘中央与加热盘径向耦合；步骤c、将进光窗口与出光窗口采用金刚石薄片辅之以Kapton膜进行密闭；步骤d、根据用户研究目的和手段，选择不同的物理场模式，单独使用气体吸附模式或选择不同的温度范围与不同级别升温速率模式，亦或吸附模式与加热模式同时作用的方式，根据已选择的物理场模式，打开待用气瓶缓慢调节气压，或开启加热盘工作模式进行升温；步骤e、操作小角散射实验系统，使得X射线通过射线通道，击穿样品发生小角散射散射，同时记录温度传感器示数和气体压力数值；步骤f、结合小角散射实验系统，提取各项试验数据，最后按相反顺序拆除装置，并妥善保存。与相关装置相比，本专利技术具有如下优点：具有样品仓、金刚石薄片、加热盘、温度传感器，各结构紧凑，设计合理，安装简单；金刚石薄片选材为0.3mm厚，直径为10mm的薄片，样品仓为小型圆柱体其镶嵌在加热盘中央与加热盘径向耦合，加热盘耐温范围为0℃～450℃，升温速率多级可调，实现了样品均匀加热的目的；样品仓与进出光口对光后实现准直光路，X光射线透光性衰减较小。样品仓两处的金刚石薄片实现高气压条件下的透光与承载作用，并且防止了高温作用下，常规透光封堵材料软化瓦解大变形的弊端。实现了高温高压单一或者多场耦合叠加下煤、页岩等多孔介质热破裂，纳米尺度孔隙结构改变的研究。填补了小角散射研究煤、页岩等多孔介质在高温高压多场耦合叠加条件下的实验设备的短缺。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，如图其中：图1为本专利技术一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置的剖面图；图2为图1中的A-A局部剖面图。图中：1—进光窗口；2—出光窗口；3—金刚石薄片；4—Kapton膜；5—样品仓；6—进气口；7—线圈；8—加热盘；9—绝热筒；10—温度传感器；11—气孔；12—射线。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。具体实施方式显然，本领域技术人员基于本专利技术的宗旨所做的许多修改和变化属于本专利技术的保护范围。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。实施例1：如图1、图2所示，本专利技术实施例的目的在于提出一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，通过进光窗口、出光窗口、金刚石薄片、Kapton膜、样品仓、进气口、线圈、加热盘、绝热筒、温度传感器、气孔、射线通道进行有序组合，特别地，采用金刚石薄片作为X射线透光材料以及高压气体承载体，并将金刚石薄片与样品仓耦合固连，保证气密性良好。此外，将样品仓置于加热盘中央位置，其镶嵌在加热盘中央与加热盘径向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，其特征在于包括：进光窗口、出光窗口、金刚石薄片、Kapton膜、样品仓、进气口、线圈、加热盘、绝热筒、温度传感器、气孔、射线通道，金刚石薄片与样品仓耦合固连，样品仓位于加热盘中央耦合固定于绝热筒中央部位，并与加热盘表面接触滑动；进光窗口与出光窗口、样品仓光路准直良好，位于同一水平线上，射线通过进光窗口，经射线通道，样品仓抵达出光窗口，且进光窗口和出光窗口用Kapton膜进行封堵，金刚石薄片与Kapton膜采用专用胶水进行无缝隙粘结，固于样品仓两侧；加热盘通过线圈经顺时针缠绕式连接，温度传感器置于加热盘表面进行接触，吸附气体通过进气口进入抵达气孔扩散至样品仓。

【技术特征摘要】
1.一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，其特征在于包括：进光窗口、出光窗口、金刚石薄片、Kapton膜、样品仓、进气口、线圈、加热盘、绝热筒、温度传感器、气孔、射线通道，金刚石薄片与样品仓耦合固连，样品仓位于加热盘中央耦合固定于绝热筒中央部位，并与加热盘表面接触滑动；进光窗口与出光窗口、样品仓光路准直良好，位于同一水平线上，射线通过进光窗口，经射线通道，样品仓抵达出光窗口，且进光窗口和出光窗口用Kapton膜进行封堵，金刚石薄片与Kapton膜采用专用胶水进行无缝隙粘结，固于样品仓两侧；加热盘通过线圈经顺时针缠绕式连接，温度传感器置于加热盘表面进行接触，吸附气体通过进气口进入抵达气孔扩散至样品仓。2.根据权利要求1所述的一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，其特征在于：金刚石薄片根据X光线对样品的穿透能力和其熔沸点及热稳定性综合考量选取而得，金刚石薄片X射线透过性能良好，强度不会衰减超过35％，金刚石薄片在高温环境下能够承受压强，金刚石薄片在高温作用下其性质稳定，不会发生融化等物理变化，同时其化学性质极为稳定，不会与多种气体发生反应。3.根据权利要求1所述的一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，其特征在于：样品仓为小型圆柱体由钢合金制成，具有实验条件下的热稳定性好，其镶嵌在加热盘中央与加热盘径向耦合，中心轴线与加热圆盘成90度，金刚石薄片与Kapton膜采用专用胶水进行无缝隙粘结，固于样品仓两侧。4.根据权利要求1所述的一种吸附下小角散射研究煤岩热破裂装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅鑫，彭磊，张通，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11