一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构制造技术

本发明专利技术提供一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，包括电子枪、真空腔室和与真空腔室连通的真空机组，所述真空腔室内设置有原位拉伸台，所述电子枪设置在真空腔室侧壁上方并与其连通，所述电子枪发射的电子束能轰击到原位拉伸台上的试样；所述原位拉伸台上试样两侧设置有加热器，所述原位拉伸台旋转轴和夹具之间设置有隔热结构；所述原位拉伸台旋转轴上包覆有冷却装置。该结构能将试样加热到室温至1800℃同时，保证原位拉伸装置及其它精密部件处于室温状态。

An ultra high temperature heating structure for in situ stretch CT imaging with synchrotron radiation source

【技术实现步骤摘要】
一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构
本专利技术涉及加热技术，尤其涉及一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构。
技术介绍
同步辐射光源是世界科技大国极为重视的大科学装置之一，同步辐射光具有高亮度、高相干性、高穿透能力等优点，成为探测物质微结构及其演化规律强有力的探针。CT成像是同步辐射光的一个重要应用，该技术可以对材料的内部不同微结构进行无损分析，在考古、地质、材料等领域有着重要的应用。当要利用同步辐射CT成像技术研究物质在环境，如电、磁、热、力等，作用下微结构演化时，需要在同步辐射线站搭建一些附加装置，为待研究物质构建一个满足研究要求的局域小环境。结构材料在温度和应力耦合作用下的微结构演化、失效行为与机制，是关系到装备可靠性和耐久性的关键问题。同步辐射原位CT成像技术是一个研究上述问题的有力工具，利用该技术对材料在温度-应力耦合下失效过程的实时和动态观测，可以为在温度和应力共同作用的环境下服役的材料和构件的优化设计提供基础。目前，已经有若干为同步辐射CT成像技术配套的温度-应力耦合原位研究装置的专利技术专利。例如，专利“用于原位与光学监测与同步辐射的高温加热腔”利用环形包络共聚焦卤钨灯构成一个高温加热腔，通过与力学加载端口配合实现高温-应力耦合实验；专利“一种同步辐射原位纤维热拉伸仪”采用热风对纤维进行加热，通过电机加载，实现对纤维在高温下力学特性的同步辐射研究；专利“一种同步辐射原位测试装置”则采用电阻加热丝对试样进行加热。但是，上述专利技术中的受加热方式原理的限制，均不能实现对试样1200℃以上的超高温加热。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前同步辐射原位测试装置不能对1200℃以上的超高温试样加热的问题，提出一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，该结构能将试样加热到室温至1800℃同时，保证原位拉伸装置及其它精密部件处于室温状态。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，包括电子枪、真空腔室和与真空腔室连通的真空机组，所述真空腔室内设置有原位拉伸台，所述电子枪设置在真空腔室侧壁上方并与其连通，所述电子枪发射的电子束能轰击到原位拉伸台上的试样；所述原位拉伸台上试样两侧设置有加热器，所述原位拉伸台旋转轴和夹具之间设置有隔热结构；所述原位拉伸台旋转轴上包覆有冷却装置。进一步地，所述真空机组与真空腔室下侧连通。真空腔室和真空机组作用是在实验过程中提供一个保护性真空环境，避免试样在高温实验时发生剧烈氧化。进一步地，所述加热器为电阻加热器。进一步地，所述加热器为两个，分别通过框架分别固定在原位拉伸台上试样两侧。实验中加热器不旋转，两个加热器中间狭缝为探测用同步辐射X光穿透路径。进一步地，所述隔热结构包括氧化铝隔热陶瓷和嵌置在氧化铝隔热陶瓷两端的耐高温金属连接结构，所述耐高温金属连接结构上设置有内螺纹，所述内螺纹分别与旋转轴和夹具配合。其中陶瓷起到隔热，降低试样向旋转轴传递的热量，金属螺纹作用是通过螺纹结构连接旋转轴和夹具。所述隔热结构能降低高温试样向拉伸台机构的热传导。进一步地，所述隔热结构先采用一体化烧结氧化铝陶瓷和设置两端的耐高温金属，然后采用精密数控机床一次性加工上内螺纹和下内螺纹，保证上、下内螺纹的同轴度。进一步地，所述金属连接结构外表面设置外螺纹结构，以提高烧结后氧化铝隔热陶瓷与金属连接结构的机械咬合力，进而提高连接强度。进一步地，所述冷却装置包覆于旋转轴上，位于旋转台下方。冷却装置作用是冷却旋转轴，将旋转轴高温端传向旋转台的热量吸收，确保旋转台处于室温状态。进一步地，所述冷却结构包括散热翅片、冷却体和冷却管道，所述冷却管道与冷却体连通；所述散热翅片通过螺纹直接固定于旋转轴上，散热翅片的作用是增大辐射换热的表面积，实验中散热翅片随旋转轴一起转动；所述冷却体固定于原位拉伸台不动的框体上，与散热翅片底部接触，通过热传导吸收旋转轴传递过来的热量。进一步地，所述冷却体与散热翅片底部接触部位采用导热硅脂润滑，降低两个部件之间的摩擦力。进一步地，所述冷却体采用液氮循环冷却，采用液氮冷却的优势在于液氮冷却能力强，只需要少数液氮就可以实现有效冷却，同时当发生冷却介质泄漏时液氮快速挥发为氮气，不会造成其它精密部件的损坏，同时液氮挥发会使真空腔室内气压急剧增加，可以作为液氮泄露的报警指示。本专利技术的另一个目的还公开了一种同步辐射原位拉伸实验台，采用上述加热结构。本专利技术实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，是一种为同步辐射原位拉伸实验台提供局部超高温环境的加热附件，该结构相对于现有用于同步辐射CT扫描加热装置优势在于：一、利用电子枪和电阻加热复合加热设计，通过单独使用电阻加热器和调整电子枪的加热功率可以实现室温至1800℃超高温之间的宽温域加热实验。二、高温环境局域于试样附近的狭小空间内，不对其它装备造成干扰。三、通过电阻加热器的辅助加热可以降低电子枪发射电子束流密度，避免电子束这种高能密度束流对材料表面的损伤。四、隔热结构采用先一体化烧结后加工的方式生产，上下螺纹结构具有极高的同轴度。五、采用液氮冷却，避免冷却介质泄露对其它精密装置造成破坏，同时利用液氮挥发最为介质泄露报警指示。六、航空发动机燃烧室叶片、燃气轮机叶片、高超音速飞行器蒙皮和翼舵等结构，其服役环境温度均在1200℃以上，利用本专利技术同步辐射CT成像技术能研究这类材料在超高温环境下热-力耦合作用下的微结构与缺陷演化过程，对于航空发动机、燃气轮机、高超音速飞行器等关系到国家战略安全的核心装备性能的提升具有重要意义。附图说明图1为实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构示意图；图2为原位拉伸台的结构示意图；图3为图2中A区电阻加热器的放大示意图；图4为隔热结构布置示意图；图5为隔热结构示意图；图6为冷却装置布置示意图；图7为冷却装置结构示意图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进一步说明：实施例1本实施例公开了一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，其结构如图1-7所示，包括电子枪1、真空腔室2和与真空腔室2连通的真空机组3，所述真空腔室2内设置有原位拉伸台7，原位拉伸台结构见中国专利201810602634.2。所述电子枪1设置在真空腔室2侧壁上方并与其连通，所述电子枪发射的电子束能轰击到原位拉伸台上的试样8；所述原位拉伸台7上试样两侧设置有加热器4，所述原位拉伸台7旋转轴和夹具之间设置有隔热结构；所述原位拉伸台7旋转轴上包覆有冷却装置。所述真空机组3与真空腔室2下侧连通。真空腔室和真空机组作用是在实验过程中提供一个保护性真空环境，避免试样在高温实验时发生剧烈氧化。所述加热器4为电阻加热器。所述加热器4为两个，分别通过框架分别固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，其特征在于，包括电子枪、真空腔室和与真空腔室连通的真空机组，所述真空腔室内设置有原位拉伸台，所述电子枪设置在真空腔室侧壁上方并与其连通，所述电子枪发射的电子束能轰击到原位拉伸台上的试样；所述原位拉伸台上试样两侧设置有加热器，所述原位拉伸台旋转轴和夹具之间设置有隔热结构；所述原位拉伸台旋转轴上包覆有冷却装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，其特征在于，包括电子枪、真空腔室和与真空腔室连通的真空机组，所述真空腔室内设置有原位拉伸台，所述电子枪设置在真空腔室侧壁上方并与其连通，所述电子枪发射的电子束能轰击到原位拉伸台上的试样；所述原位拉伸台上试样两侧设置有加热器，所述原位拉伸台旋转轴和夹具之间设置有隔热结构；所述原位拉伸台旋转轴上包覆有冷却装置。


2.根据权利要求1所述实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，其特征在于，所述加热器为电阻加热器。


3.根据权利要求2所述实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，其特征在于，所述加热器为两个，分别通过框架分别固定在原位拉伸台上试样两侧。实验中加热器不旋转，两个加热器中间狭缝为探测用同步辐射X光穿透路径。


4.根据权利要求1所述实现同步辐射光源原位拉伸CT成像实验超高温加热的结构，其特征在于，所述隔热结构包括氧化铝隔热陶瓷和嵌置在氧化铝隔热陶瓷两端的耐高温金属连接结构，所述耐高温金属连接结构上设置有内螺纹，所述内螺纹分别与旋转轴和夹具配合。


5.根据权利要求4所述实现同...

【专利技术属性】
技术研发人员：王同敏，范国华，康慧君，郭恩宇，陈宗宁，徐宇杰，
申请(专利权)人：大连理工大学，南京工业大学，北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21