一种电子束炉内部使用的TGA系统和测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电子束炉内部使用的TGA系统和测试方法，属于材料测试技术领域。TGA系统包括计算机、红外测温系统和重力测量系统，红外测温系统和重力测量系统分别与计算机连接；红外测温系统安装在电子束炉炉体外部，通过电子束炉观察窗远距离红外测量熔池中心的温度，并传输给计算机；重力测量系统设置在电子束炉内部电子枪下方，其高温测量端放置坩埚，传感器端连接计算机，实时监控熔炼过程中的重量变化；计算机记录、分析数据。本发明专利技术在电子束炉熔炼状态下，在炉内高温和真空环境下对材料实现热重分析，实时测量材料的质量变化和温度变化；该系统成本低，装配简单，精度高，耐高温，可满足高温真空环境下材料的试验测量需要。满足高温真空环境下材料的试验测量需要。满足高温真空环境下材料的试验测量需要。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束炉内部使用的TGA系统和测试方法


[0001]本专利技术属于材料测试
，涉及一种电子束炉内部使用的TGA(热重分析)系统和测试方法，具体涉及一种在高温条件下的测试材料热稳定性的热力学性能测试的TGA系统设备及其测试方法。

技术介绍

[0002]对于材料在高温条件下热稳定性的测试，现有技术多采用热重分析(TGA)的测试方法，及对材料在不断加热的过程中，同时测量温度和质量，以温度为横坐标，以质量为纵坐标，做出质量对温度的关系图，以此来评价材料的热稳定性能，其存在的主要缺陷是温度的适用范围较为狭窄，不同材料所需要达到的温度高低不同，现有设备只能在大气环境下、较低温度下对材料进行测量，适用于真空和高温条件下的TGA系统设备还是空白。

技术实现思路

[0003]本专利技术设计开发了一种适用于真空和高温条件下的TGA系统和测试方法，在材料测试上，对评价耐高温材料的热稳定性能，具有重要科学意义。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0005]一种电子束炉内部使用的TGA(热重分析)系统，TGA系统的设备包括计算机、红外测温系统和重力测量系统，红外测温系统和重力测量系统分别与计算机连接；所述的红外测温系统安装在电子束炉炉体外部，通过电子束炉观察窗远距离红外测量熔池中心的温度，并传输给计算机；所述的重力测量系统设置在电子束炉内部电子枪下方，其高温测量端放置坩埚，传感器端连接计算机，实时监控熔炼过程中的重量变化；所述的计算机记录、分析数据。
[0006]所述的红外测温系统通过电子束炉观察窗远距离红外测量熔池中心的温度，并输出电信号，信号经过转换后传输给计算机识别储存，记录熔炼过程的实时温度测量值。
[0007]所述的重力测量系统通过传感器发出电信号，传输给计算机识别记录，实时监控熔炼过程中的重量变化(质量变化)；计算机可通过软件记录分析数据。
[0008]所述的重力测量系统包括测力杠杆、传感器及传感器信号线、轴承及轴承支架、防热辐射挡板、外壳、底座、坩埚和配重块等，所述的底座固定在电子束炉体内的底部，所述的外壳罩在底座上，与底座四周螺栓连接；所述的轴承支架焊接在底座长边中心线的两侧，其上分别安装有一个轴承；两个轴承中间设置测力杠杆，测力杠杆可以绕轴转动；测力杠杆一端(低温端)在外壳罩内，另一端(高温测量端)通过外壳罩侧面的方孔伸出外壳以外；在测力杠杆低温端上面安装传感器，下面安装配重块，在测力杠杆高温测量端上面放置坩埚；防热辐射挡板垂直安装在外壳内部，用于保护传感器及其信号线；所述的传感器的上端通过螺纹连接固定在外壳上，传感器信号线穿过外壳上的小孔，与外部的信号变送器相连进行数据读取并传送至计算机储存处理数据。
[0009]所述的测力杠杆分为两段，测力杠杆由高温段和低温段两部分构成，两者分别采
用不同材料铆接或焊接而成；高温段为难熔金属材料钼，使得测力杠杆能耐高温，保持原有的刚性和结构性能，低温段为不锈钢，两种材料中间采用铆接结构或焊接连接。
[0010]所述的传感器为压电传感器，精度高，精度可达量程2
‰
，可输出电信号，尺寸大小和量程多种可选。
[0011]所述的轴承优选脂润滑高精度深沟球轴承，其摩擦系数越小，则测量误差越小。
[0012]所述外壳的外表面设置耐高温镀层和反射热辐射涂层，保护整体机构不受热辐射影响和少量高温蒸发气体的影响。
[0013]真空中非接触的物质间传热主要靠热辐射进行，设置防热辐射挡板，可以防止传感器因热辐射造成热冲击失效或者误差增大，保证传感器正常工作高精度。
[0014]底座为不锈钢材质，采用螺栓固定在电子束炉内。
[0015]一种电子束炉内部使用的TGA(热重分析)测试方法，包括如下步骤：
[0016](1)使用时，将所述的重力测量系统置于真空电子束炉内部，测量前，在测力杠杆的高温段一侧上放置大小合适的坩埚，待测材料置于坩埚内，在测力杠杆的低温段一侧、传感器下方加装合适重量的配重块，调节测力杠杆两侧达到平衡，以充分利用传感器的量程进行实验测量，传感器调零；
[0017](2)启动真空电子束炉，电子束从电子枪射出，打在待测材料上开始加热；加热过程中，温度会不断上升直到达到最大值，该过程中待测材料的温度通过红外测温系统检测，并转化为电信号传输给计算机记录储存；同时加热过程中，待测材料的重量会因高温蒸发不断降低，传感器对重量的变化实时测量，转化为电信号实时传输给计算机储存记录。
[0018]步骤(1)中，根据坩埚重量和待测材料重量选取合适传感器测量量程，重力测量系统的底座用螺栓固定于炉体底部，注意固定位置要方便电子束的聚焦和加热。
[0019]步骤(2)中，在加热过程中，待测材料的红外辐射会越来越大，该辐射剂量可被红外测温系统检测，并转化为电信号传输给计算机记录储存，数据格式导出为EXCEL表格数据形式或者为一条时间温度变化曲线数据形式；同时传感器对重量的变化实时测量，转化为电信号实时传输给计算机储存记录，所记录的数据格式为EXCEL表格形式，包括时间和重量两个变量。
[0020]本专利技术的优点：
[0021]1)采用高精度压电感应测力器，精度可达量程2
‰
，可连接GP表直接进行数据读取，也可以连接变送器，将数据传送至计算机储存处理，方便快捷易操作；
[0022]2)利用杠杆原理测重力大小，杠杆高温侧采用耐高温材料难熔金属钼，可避免高温引起的材料失效和结构变形；
[0023]3)采用红外测温仪进行温度测量，测量量程可达3000℃，同样可以直接读取温度值，也可以将数据传输至计算机储存处理；
[0024]4)当利用计算机同时对温度和质量进行测量时，可实时绘制温度对质量的TGA图，以此评价材料的高温热稳定性能。
[0025]本专利技术是一种应用于电子束炉内部真空和高温环境下的TGA系统和测试方法，可以实时测量熔炼过程中材料的温度和质量，以此得到他们之间的关系图，可以用来评价材料的热稳定性及组分变化。本专利技术中，在电子束炉熔炼状态下，在炉内高温和真空环境下对材料实现热重分析，实时测量材料的质量变化和温度变化，与传统TGA系统不同的是，重力
测量系统加装杠杆机构，与高温环境接触部位采用耐高温刚性材料，温度测量系统采用红外测温，可以测量高温(2500℃以上)；该系统成本低，装配简单，精度高，耐高温，可满足高温真空环境下材料的试验测量需要。
[0026]本专利技术使得在真空高温条件下，对不同材料的热稳定性能测试——热重分析测试(TGA)成为可能。采用高精度传感器和耐高温材料及耐高温保护设计，使得整个装置可以在高温下对实验材料进行实时测量，测量质量和温度，以此得到质量对温度的关系图，来评价目标材料的热稳定性能。装置简单，易操作，可靠性高，精度高，可定制多种型号，适用于不同的炉体条件。
[0027]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束炉内部使用的TGA系统，其特征在于：包括计算机、红外测温系统和重力测量系统，红外测温系统和重力测量系统分别与计算机连接；所述的红外测温系统安装在电子束炉炉体外部，通过电子束炉观察窗远距离红外测量熔池中心的温度，并传输给计算机；所述的重力测量系统设置在电子束炉内部电子枪下方，其高温测量端放置坩埚，传感器端连接计算机，实时监控熔炼过程中的重量变化；计算机记录、分析数据。2.根据权利要求1所述的电子束炉内部使用的TGA系统，其特征在于：所述的重力测量系统包括测力杠杆、传感器及传感器信号线、轴承及轴承支架、防热辐射挡板、外壳、底座、坩埚和配重块，所述的底座固定在电子束炉体内的底部，所述的外壳罩在底座上，与底座四周螺栓连接；所述的轴承支架焊接在底座长边中心线的两侧，其上分别安装有一个轴承；两个轴承中间设置测力杠杆，测力杠杆可以绕轴转动；测力杠杆一端在外壳罩内，另一端通过外壳罩侧面的方孔伸出外壳以外；在测力杠杆低温端上面安装传感器，下面安装配重块，在测力杠杆高温测量端上面放置坩埚；防热辐射挡板垂直安装在外壳内部，用于保护传感器及其信号线；所述的传感器的上端通过螺纹连接固定在外壳上，传感器信号线穿过外壳上的小孔，与外部的信号变送器相连进行数据读取并传送至计算机储存处理数据。3.根据权利要求2所述的电子束炉内部使用的TGA系统，其特征在于：所述的测力杠杆由高温段和低温段构成，高温段为钼，低温段为不锈钢，两种材料采用铆接结构或焊接连接。4.根据权利要求2所述的电子束炉内部使用的TGA系统，其特征在于：所述的传感器为压电传感器。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志国，王大伟，刘文锐，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：