一种带有温度调节的X射线成像原位表征装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种带有温度调节的X射线成像原位表征装置，涉及材料结构

【技术实现步骤摘要】
一种带有温度调节的X射线成像原位表征装置


[0001]本技术涉及材料结构
‑
机理原位表征
，具体涉及一种带有温度调节的X射线成像原位表征装置。

技术介绍

[0002]无损探伤在工业界各个领域都有着十分广泛的应用前景，包括有钢铁材料的无损探伤、混凝土材料的无损探伤等等，而X射线计算机断层扫描(CT)成像技术作为一种重要的无损探伤技术也被广泛应用。具体以混凝土材料的应用为例，混凝土被广泛用作隧道的衬砌结构。但是，地下空间内的火灾可能会严重损坏人造结构，因为在这种情况下固有地难以扑灭火灾。着火的混凝土变化包括抗压强度和弹性波速度的损失，变色，形态变化，破裂和剥落，具体取决于温度和着火时间。这些特征在加热混凝土评估中的重要性已导致工程师评估火灾混凝土在不同温度下的力学性能，颜色，开裂和剥落的变化，并开发了检查火灾混凝土的方法。水泥浆水化反应的主要产物是60％
–
70％的C
‑
S
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H凝胶和20％
–
30％的钙钛矿(Ca(OH)2)。从先前的研究中已经知道，水泥水合物的内部结构在暴露于高温时会变化。在约30
–
100℃时会观察到游离水的蒸发，而在约180
–
300℃时C
‑
S
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H分解和碳铝酸盐的水合作用会失去结合水。波特兰石的脱羟基发生在450
–
500℃，而C
‑
S
‑
H凝胶最终会在700℃或更高温度下分解。在这些过程中，水泥水合物的脱水会导致孔隙结构发生变化，从而导致硬化水泥浆的物理性能发生重大变化，尤其是内部结构发生变化并引起火成裂缝。
[0003]但是，在以前的研究中，很少能描述起火引起的开裂，因为在高温下目视检查开裂过程具有挑战性，并且大多数的热开裂报告都基于数值分析。通过评估内部孔隙结构的特性，可以预测火灾的危害；但是，这种方法很少用于观察水泥基材料的微观和宏观变化。作为无损探测的X射线CT技术虽然可以实现常规条件下类似混凝土之类的材料的内部结构检测，但如何评估在各种高温下短时间暴露后材料方面内部结构的物理变化，并获得评估材料损伤的基本数据却仍然是一件十分困难的事情。
[0004]目前，在工业材料的孔隙、缺陷检测方面一直都存在各种不确定因素，虽然X射线CT成像方法已经能够实现材料的360度成像，用于窥测材料体系内部的孔隙和结构缺陷，但现有的手段却都限于常规温度体系，而无法模拟不同温度体系条件下的结构演变过程，这为现代材料研究体系带来了极大的挑战。近年来，研究人员已经通过尝试用带有温度场的X射线衍射技术、激光拉曼技术等来追踪材料体系随温度变化的结构演变，但这些方法都无法探测材料内部的孔隙和缺陷结构演变。
[0005]因此，发展一种能够在X射线CT表征仪器上来实现不同温度条件的原位表征装置对于研究材料内部结构随温度变化的科学意义重大。在高温条件下不仅可以通过X射线CT成像技术实现材料内部孔结构和裂缝演变，并使用X射线计算机断层扫描(CT)生成三维图像，以在微米级可视化被测样品的内部结构，从而实现材料随温度变化的结构研究。

技术实现思路

[0006]本技术所要解决的技术问题在于提供一种能够实现不同温度条件的X射线成像原位表征装置。
[0007]本技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
[0008]本技术提供一种带有温度调节的X射线成像原位表征装置，包括加热单元、样品管和气体管道；
[0009]所述加热单元包括第一加热单元和第二加热单元，所述第一加热单元和第二加热单元均套设在样品管侧壁，所述第一加热单元和第二加热单元之间设有供X射线穿过的间隙；所述气体管道的一端与样品管的一端连接。
[0010]工作原理：往气体管道中通入气源，往样品管中放入样品，调节气源大小，气源将样品管中的样品吹散，使样品分布在样品管内，并使样品对准光源，将第一加热单元和第二加热单元之间的间隙对准光路，启动第一加热单元和第二加热单元，加热到目标温度，来获得实验数据。
[0011]有益效果：本技术通过套设在样品管外部的第一加热单元和第二加热单元对样品进行环境场加热，保证样品的温度均匀、稳定，实现不同材料在不同温度要求下的内部结构空隙、缺陷等结构变化。
[0012]气体管道与外部气源连接，气体吹向样品管内的样品，使样品在样品腔内更均匀分布。
[0013]优选地，所述样品管内设有筛子，所述筛子所在平面与样品管的轴线垂直。
[0014]有益效果：在样品管内设置筛子可以更好的分散样品。
[0015]优选地，所述筛子的孔径小于样品的粒径。
[0016]有益效果：可以防止样品下落，同时使通过的气流更细密。
[0017]优选地，所述带有温度调节的X射线成像原位表征装置还包括升降单元和支撑架，所述支撑架的一端位于升降单元上，所述支撑架沿升降单元的轴线上下移动；所述第一加热单元和第二加热单元均位于支撑架上。
[0018]有益效果：支撑架沿升降单元的轴线上下移动，带动支撑架上的第一加热单元和第二加热单元上下移动，实现样品高度的调节，使之适配于各种商业用的CT成像装置。
[0019]优选地，所述带有温度调节的X射线成像原位表征装置还包括支撑柱升降台、支撑底板和位移台，所述样品管竖直设置，所述样品管的底端位于支撑柱的一端，所述支撑柱的另一端位于升降台上；
[0020]所述升降单元的底端和升降台均位于支撑底板的顶壁，所述支撑底板的底壁位于位移台上。
[0021]有益效果：升降台用于样品高度的精调节，适用于样品在光源范围内对不同样品点的精细调节，其调节范围可以根据不同的使用需求进行调节。位移台与CT成像仪的旋转台匹配，可以将整个装置适配安装在CT成像仪的旋转台上，使整个装置能够进行360
°
旋转。
[0022]优选地，所述带有温度调节的X射线成像原位表征装置还包括水冷单元和隔热层，所述水冷单元包括第一水冷夹层和第二水冷夹层，所述第一水冷夹层位于第一加热单元外侧壁，所述第二水冷夹层位于第二加热单元外侧壁，所述隔热层位于水冷单元和加热单元之间。
[0023]有益效果：通过隔热层和水冷单元降低温度，保护实验人员不被烫伤。
[0024]优选地，所述第一加热单元包括第一加热炉，所述第二加热单元包括第二加热炉；
[0025]所述第一水冷夹层位于第一加热炉外侧壁，所述第一水冷夹层上设有第一水冷接头，所述第二水冷夹层位于第二加热炉外侧壁，所述第二水冷夹层上设有第二水冷接头；
[0026]所述隔热层包括第一隔热层和第二隔热层，所述第一隔热层位于第一水冷夹层和第一加热炉外侧壁之间，所述第二隔热层位于第二水冷夹层和第二加热炉外侧壁之间。
[0027]优选地，所述水冷单元还包括第三水冷夹层，所述第三水冷夹层位于样品管的底端，所述第三水冷夹层位于支撑柱上，所述第三水冷夹层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有温度调节的X射线成像原位表征装置，其特征在于：包括加热单元、样品管和气体管道；所述加热单元包括第一加热单元和第二加热单元，所述第一加热单元和第二加热单元均套设在样品管侧壁，所述第一加热单元和第二加热单元之间设有供X射线穿过的间隙；所述气体管道的一端与样品管的一端连接。2.根据权利要求1所述的带有温度调节的X射线成像原位表征装置，其特征在于：所述样品管内设有筛子，所述筛子所在平面与样品管的轴线垂直。3.根据权利要求2所述的带有温度调节的X射线成像原位表征装置，其特征在于：所述筛子的孔径小于样品的粒径。4.根据权利要求1所述的带有温度调节的X射线成像原位表征装置，其特征在于：所述带有温度调节的X射线成像原位表征装置还包括升降单元和支撑架，所述支撑架的一端位于升降单元上，所述支撑架沿升降单元的轴线上下移动；所述第一加热单元和第二加热单元均位于支撑架上。5.根据权利要求4所述的带有温度调节的X射线成像原位表征装置，其特征在于：所述带有温度调节的X射线成像原位表征装置还包括支撑柱升降台、支撑底板和位移台，所述样品管竖直设置，所述样品管的底端位于支撑柱的一端，所述支撑柱的另一端位于升降台上；所述升降单元的底端和升降台均位于支撑底板的顶壁，所述支撑底板的底壁位于位移台上。6.根据权利要求5所述的带有温度调节的X射线成像原位...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴，范辉，黄伟峰，
申请(专利权)人：北京中研环科科技有限公司，
类型：新型
国别省市：