一种适于X射线显微镜的高温加载原位观察实验装置的制作方法

本发明涉及科学仪器，具体涉及一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置。

背景技术：

1、x射线显微镜是一种用于无损检测材料内部亚微米到毫米尺度三维空间结构的一种分析仪器。将x射线显微镜与不同材料力学实验机结合，可以原位无损和动态观测在不同受力状态和温度下材料内部缺陷的萌生和扩展过程，为研究和分析材料在服役工况下的失效行为和机制及服役寿命预测提供实验观测基础。

2、原位观测实验中使用的力学实验机需提供载荷及温度条件，传统力学实验机的最高工作温度普遍偏低，如公开号cn120333970a 专利，通过翅片螺旋加热丝加热流通气体，热气流包裹试样升温，最高仅可实现600℃加热，无法适用于高温服役构件的检测需求，因此，需要一种能够实现高温（1400℃以上）和拉伸、压缩及循环等形式加载的适用于x射线显微镜的小型化力学实验机。

技术实现思路

1、本发明为解决传统原位力学试验机高温能力不足，无法模拟高温服役工况的问题，进

2、而提出一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置。

3、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

4、本发明提出一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，包括由上至下依次连接的加热模块和加载模块，所述加热模块包括水冷外壳，所述水冷外壳的内部同轴设有炉膛，所述炉膛内设有加热器；试件通过上夹具和下夹具夹持并位于加热器内腔，所述下夹具的下端延伸出水冷外壳并与加载模块连接，通过所述加载模块实现对高温环境下的试件施加拉伸、压缩及循环形式加载。

5、进一步的，所述加热器包括石墨加热圈和铬电极，所述石墨加热圈位于炉膛内，其底部连接有铬电极，所述铬电极安装在水冷外壳的下部侧壁。

6、进一步的，所述石墨加热圈的外表面设有聚硅氮烷保护层。

7、进一步的，所述石墨加热圈为鼠笼式结构。

8、进一步的，所述水冷外壳的上部及下部分别设有水冷道。

9、进一步的，所述水冷外壳的上端与水冷上盖的下端密封连接，所述水冷上盖的上端与异形螺帽连接，所述异形螺帽上表面设有与上夹具配合的通孔。

10、进一步的，所述水冷上盖侧壁及水冷外壳下部侧壁均设有水冷接头，所述水冷接头的一端连接外部冷却水管路，另一端分别连通至水冷外壳上部及下部的水冷道。

11、进一步的，所述炉膛为低导热泡沫陶瓷构成，所述泡沫陶瓷构成的炉膛位于水冷外壳与石墨加热圈之间的环形空间内。

12、进一步的，所述加载模块包括伺服电机、行星齿轮减速机、涡轮蜗杆结构、横梁、加载螺杆、水冷套、传感器和加载杆，所述伺服电机的输出端与行星齿轮减速机连接，行星齿轮减速机的输出端连接涡轮蜗杆结构的蜗杆，蜗杆的两端各连接一个蜗轮，每个所述蜗轮与对应的一个加载螺杆的下端固定连接，两个加载螺杆竖直对称设置并与横梁螺纹连接，传感器位于所述横梁上，水冷套包覆于所述传感器外侧，加载杆位于两个所述加载螺杆之间，所述加载杆的下端与横梁固定连接，上端与所述加热模块的下夹具固定连接。

13、进一步的，所述水冷外壳侧壁下部设有保护气进气口，保护气进气口一端连通有气道，气道另一端连通有保护气出气口，所述保护气出气口位于水冷外壳侧壁上部，所述气道位于石墨加热线圈内。

14、本发明的有益效果是：

15、1、本发明采用水冷外壳与冷却水道3d打印一体成型，并水冷外壳与石墨加热圈之间填充低导热泡沫陶瓷炉膛形成隔屏障实现了装置结构的小型化和良好的隔热效果。

16、2、采用石墨加热圈辐射加热，石墨线圈外表面涂敷聚硅氮烷保护层，避免了石墨的氧化，可以在非真空条件下，利用石墨加热体，实现大范围内均匀加热，加热温度1400℃以上，降低了装置的成本和复杂度。

17、3、石墨加热体采用鼠笼式结构，利用迷宫式回旋结构，增加加热器电阻，通过计算加热功率确定适配的加热体电阻，进一步设计鼠笼的结构参数，如开口数量，开口夹角，加热体厚度等。适配高温合金、陶瓷等材料的检测。

18、4、本发明结构紧凑，上部尺寸直径70mm，x射线源可靠近值距样品35mm位置，有利于高分辨率x成像。

19、5、本发明重量轻，整个装置重量小于10kg,满足绝大多数x射线显微镜旋转样品台承载要求。

1.一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，包括由上至下依次连接的加热模块（2）和加载模块（1），其特征在于：所述加热模块（2）包括水冷外壳（201），所述水冷外壳（201）的内部同轴设有炉膛（203），所述炉膛（203）内设有加热器；试件通过上夹具（207）和下夹具（206）夹持并位于加热器内腔，所述下夹具（206）的下端延伸出水冷外壳（201）并与加载模块（1）连接，通过所述加载模块（1）实现对高温环境下的试件施加拉伸、压缩及循环形式加载。

2.根据权利要求1所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于：所述加热器包括石墨加热圈（205）和铬电极（204），所述石墨加热圈（205）位于炉膛（203）内，其底部连接有铬电极（204），所述铬电极（204）安装在水冷外壳（201）的下部侧壁。

3.根据权利要求2所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于：所述石墨加热圈（205）的外表面设有聚硅氮烷保护层。

4.根据权利要求3所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于，所述石墨加热圈（205）为鼠笼式结构。

5.根据权利要求4所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于：所述水冷外壳（201）的上部及下部分别设有水冷道（202），水冷外壳采用3d打印制备，实现了冷却和承载结构一体化和小型化，有利于提高x射线成像分辨率。

6.根据权利要求5所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于：所述水冷外壳（201）的上端与水冷上盖（209）的下端密封连接，所述水冷上盖（209）的上端与异形螺帽（210）连接，所述异形螺帽（210）上表面设有与上夹具（207）配合的通孔。

7.根据权利要求6所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于：所述炉膛（203）为低导热泡沫陶瓷构成，所述泡沫陶瓷构成的炉膛位于水冷外壳（201）与石墨加热圈（205）之间的环形空间内。

8.根据权利要求7所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于：所述加载模块（1）包括伺服电机（101）、行星齿轮减速机（102）、涡轮蜗杆结

9.根据权利要求8所述的一种适于x射线显微镜的高温加载原位观察实验装置，其特征在于：所述水冷外壳（201）侧壁下部设有保护气进气口（211），保护气进气口（211）一端连通有气道（212），气道（212）另一端连通有保护气出气口（213），所述保护气出气口（213）位于水冷外壳（201）侧壁上部，所述气道（212）位于石墨加热线圈（205）内。