本发明专利技术提出一种多样品多功能材料科学实验装置，该装置在批量样品实验装置中完成对样品的多功能实验操作，其特征在于，所述的装置包括：样品库、多维运动机构、加热炉；所述装置还包含：样品更换单元，用于采用不同形式的样品库是加工不同尺寸的样品；淬火单元、样品加工单元、旋转磁场单元，该旋转磁场设置在加热炉的外壁；观察单元，借助光源对所加工的样品进行实时观察；振动单元，用于利用机械手带动样品进行振动；物性检测单元，用于测量样品加工过程中电导率、赛贝克电压的变化；过程监视单元，用于监视样品的生长过程；控制单元，用于对整个系统的工作进行控制；和监控单元，用于在计算机上实现监控整个试验过程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多样品多功能材料科学实验装置，该装置特别涉及一种多样品多功能材料科学实验装置。
技术介绍
目前的微重力材料科学实验实验装置功能非常单一，只能够进行样品生长试验， 一次最多能够加工6个样品。并且不具备振动、观察、旋转磁场、淬火等材料科学试验所需的功能。德国空间局曾研制出一种透明的空间材料实验设备，如附图1所示它用于TEXUS微重力火箭中的定向凝固实验，用来研究凝固过程中的柱状晶-等轴晶转变问题。该装置利用气凝胶对可见光和近红外透明的性能，可以在实验过程中实时观察凝固界面的位置，并可测量样品表面温度。但它的功能非常单一，只能够进行一支样品的定向凝固实验，不能更换样品。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服目前的微重力材料科学实验装置功能非常单一的问题，从而提供一种多样品多功能材料科学实验装置。为实现上述专利技术目的，本专利技术提出一种多样品多功能材料科学实验装置，该装置用于在批量样品的实验装置中完成对样品的多功能实验操作，其特征在于，所述的批量样品实验装置包括样品库、多维运动机构、加热炉；所述的多维运动机构包括手体垂直支架和水平丝杠，实现机械手的垂直和水平运动、样品库的前后运动、炉子的前后运动；所述的样品库和加热炉设置在同一垂直位置，该装置的上下两侧安装有两个样品库，加热炉设置在两个样品库之间，用于对样品进行加热；该装置还包括样品锁紧机构，包括同轴设置的锁紧螺芯、夹紧仓锁紧母和夹紧仓；所述的夹紧仓呈圆筒状，用于容纳样品安瓿；该夹紧仓的一端设有锁紧稍面；所述的锁紧螺芯包括两段内径不同的圆筒，其中，一段的内径和夹紧仓的内径相同，另一段的内径较大，其与样品安瓿之间形成空隙，用于容纳机械手；锁紧螺芯和夹紧仓之间使用可转动的固定连接；所述的夹紧仓锁紧母固定设置，套设于锁紧螺芯和夹紧仓的结合部，其一端的内部配合夹紧仓的锁紧稍面设置有斜面；所述的机械手包括 机械主手、机械副手、定位螺盖、缓冲弹簧和编码器；所述的机械主手，用于抓紧样品安瓿， 包括三个或以上的手指、同轴套设的主手手体和手体拉杆、拉紧器、外齿轮换位键；机械主手的手指上设有齿牙，用于与样品安瓿上的齿槽相配合，以传输样品安瓿的测量信号；所述的主手手体的前端部设有第一手指铆接位，用于可转动铆接手指的中部；所述的手体拉杆的前端还配合设有第二手指铆接位，用于可转动铆接手指的端部；所述的手体拉杆的中间主体呈多边形嵌套于主手手体内；所述的手体拉杆的后部套设固定有拉紧器，该拉紧器前端的外圆上有个环形滑槽，通过该环形滑槽配合主手手体内壁的弹簧滑道将拉紧器固定在主手手体的内腔上，其末端内壁设有内齿花键，用于啮合外齿轮换位键；所述的机械副手是一拨叉，用于带动锁紧机构，实现样品在料仓中的卡紧与松开，包括叉部和内齿花键部； 所述的叉部，穿设于主手手体上的圆弧形凹槽内，用于配合锁紧机构；所述的内齿花键部， 抵设于拉紧器和定位螺盖之间，其内齿花键配合外齿轮换位花键；其中，所述的多样品多功能材料科学实验装置还包含样品更换单元，用于采用不同形式的样品库是加工不同尺寸的样品；淬火单元，用于对所加工的样品快速致冷，淬火块在实验装置的左右两侧各有一个；样品加工单元，用于对样品进行生长操作；旋转磁场单元，用于对所加工的样品施加外部磁场作用，该旋转磁场设置在加热炉的外壁；观察单元，借助光源对所加工的样品进行实时观察；振动单元，用于利用机械手带动样品进行振动；物性检测单元，用于测量样品加工过程中电导率、赛贝克电压的变化；过程监视单元，用于监视样品的生长过程；控制单元，用于对整个系统的工作进行控制；和监控单元，用于在计算机上实现监控整个试验过程。上述技术方案，所述的旋转磁场的强度和频率能进行调整；所述的振动单元的振动频率、振幅和波形可调；所述的加热炉包括单温区炉、多温区炉或透明的可观察炉；所述的观察单元包含红外光观察单元、可见光观察单元、紫外光观察单元和X光观察单元。作为本专利技术的一个改进，所述的多样品多功能材料科学实验装置还包含遥操作模块，用于远程控制实验过程。本专利技术的目的是提供一种多样品多功能材料科学实验装置，利用它可以进行多种材料科学实验，并且特别适用于微重力条件下的材料科学实验。为实现上述目的，本专利技术提供了一种多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，整个系统由样品更换单元、淬火单元、炉体单元、样品加工单元、旋转磁场单元、观察单元、物性检测单元、振动单元、过程监视单元、控制单元和监控单元组成。可以一次连续进行上百个样品的试验。可对每一个样品设定独立的加工工艺过程，包括升温时间、设定温度、 保温时间、降温时间、控制参数(P、I、D参数)、生长速率、磁场旋转速度、磁场强度、振动曲线和振动过程的参数(波形、频率、幅度等)等工艺参数。具有遥操作功能，能够远程控制样品的加工过程，并可实时更改各种工艺参数。整个装置的体积和重量都很小，非常适合在有限体积和有限重量的条件下使用。装置工作时，机械手垂直运行到所要取出的样品处，然后再水平运动到所要取的样品位置。样品架向前到限位开关有效。机械手合闭，抓取样品，机械手顺时针旋转，将样品解锁。样品架运动到最底部，样品被取出来。机械手先垂直运行，再水平运行到中部，对准炉膛。炉子向前进，将样品插入炉膛中。开始对样品进行加热，此时也可对样品进行磁力搅拌，或施加振动。样品可有两种方式进行生长，一种是炉子向后移动，另一种是控制炉子中的温场移动。样品生长过程完成后，炉子快速退到后限位开关有效处。如果样品需要淬火，则淬火模块快速合拢过来，将样品抱住，使其快速降温。样品降温过程完成之后，淬火模块退向两边。机械手先垂直后水平运行到该样品的料舱处，对准料舱。样品架向前运行，样品架前限位开关有效时，样品被放入料舱之中。机械手逆时针旋转，将样品锁紧。控制器控制机械手抓取下一个样品。所述的多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，样品架可以灵活设计，可以设计成装载多达上百个较细样品安瓿的形式，也可以设计成在相同的体积内装载几十个较粗样品安瓿的形式。所述的多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，抓取和加工样品的方式。样品抓取是通过两维定位，第三维取出的方式进行的。而加工样品所用的炉子被巧妙地安排在两个样品架之间，这种结构样品存储、抓取和加工方式可以最大限度地利用有限的空间， 更多地放置样品。所述的多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，装置中设计了一个淬火模块。淬火模块用于将高温样品快速冷却。所述的多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，装置中设计了旋转磁场。旋转磁场用于在样品加工过程中，对样品进行磁力搅拌。磁场的强度和旋转频率可通过控制器调节。所述的多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，装置中设计了振动机构。振动机构用于在样品加工过程中，对样品施加各种振动作用。振动的强弱、频率和波形可通过控制器调节。所述的多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，装置中设计了振动观察模块。观察模块用于在样品加工过程中，对样品加工过程中的形态进行观察，为材料研究提供直接的图像信息，并可从图像信息中获得材料加工过程中的温场分布。观察模块可使用多种光源，包括红外光、可见光、紫外光和X光等。所述的多样品多功能材料科学实验装置，其特征在于，装置为模块化的组合体。可根据所加工材料的要求，选择不同的模块本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于强，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：
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