用于中子散射实验的高温炉气氛插件

1.本发明涉及中子散射高温炉的技术领域，具体涉及一种用于中子散射实验的高温炉气氛插件。


背景技术：

2.温度是一个基本物理量，在物质科学的研究中发挥着重要作用，尤其是高温环境。高温环境可用于材料的合成、热处理等工艺流程，提供高温环境的常用设备为高温炉。
3.中子散射是研究材料结构和动力学的重要手段，中子散射与高温环境相结合可以开展材料在高温环境条件下的热稳定性、结构相变及热动力学等研究。但在高温环境下，材料易与空气、水蒸气等反应，容易造成材料的氧化或变质，不仅影响实验结果的准确性，还难以满足真空、惰性气体、低气压、快速降温、催化反应等多种实验条件。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是实现真空、惰性气体、低气压、快速降温、催化反应气体介质等多种实验条件下的中子散射实验的开展，以满足特殊实验条件的需要，助力材料科学的研究。
5.本技术提供了一种用于中子散射实验的高温炉气氛插件，包括：
6.壳体，所述壳体的内部具有中空腔室，所述壳体包括：壳本体，盖本体，以及密封连接组件；所述壳本体上开设有开口，所述盖本体盖扣于所述开口；所述密封连接组件设于所述壳本体的外壁，用于与高温炉本体的炉口密封连接；
7.送样机构，包括：样品杆以及储样组件，所述样品杆穿设、且密封连接于所述盖本体，所述储样组件设置于所述样品杆，所述储样组件用于储放待测样品；
8.进气机构，包括：进气管路，所述进气管路的一端连通所述中空腔室，所述进气管路的另一端用于外接预设气源；
9.排气机构，包括：排气管路以及单向阀；所述排气管路的一端连通所述中空腔室，所述排气管路的另一端与所述单向阀连通；
10.抽真空连接组件，所述抽真空连接组件的一端连通所述中空腔室，所述抽真空连接组件的另一端用于外接抽真空设备；
11.测压组件，所述测压组件用于测量所述中空腔室的气压压强；
12.测温组件，所述测温组件用于测量所述中空腔室的温度。
13.依据上述实施例的用于中子散射实验的高温炉气氛插件，本气氛插件可实现真空、惰性气体、低气压、快速降温、催化反应气体介质等多种实验条件下的中子散射实验的开展，以满足特殊实验条件的需要，助力材料科学的研究。
附图说明
14.图1为本技术提供的用于中子散射实验的高温炉气氛插件的结构示意图；
15.图2为本技术提供的用于中子散射实验的高温炉气氛插件的剖面图；
16.图3为本技术提供的用于中子散射实验的高温炉气氛插件去除壳体的结构示意图；
17.图4为本技术提供的用于中子散射实验的高温炉气氛插件与高温炉本体的装配示意图。
具体实施方式
18.下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
19.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
20.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
21.本实施例提供了一种用于中子散射实验的高温炉气氛插件，参见图1和图2所示，该气氛插件包括：壳体10，送样机构20，进气机构30，排气机构40，抽真空连接组件50，测压组件60以及测温组件70。
22.本实施例中，壳体10的内部具有中空腔室111(如图2所示)，送样机构20可以将待测样品送入到中空腔室111中，壳体10安装在高温炉本体100中(如图4所示)，可通过高温炉本体100对壳体10进行加热，通过测温组件70测量中空腔室111内的温度，并使中空腔室111内的温度满足待测样品进行中子散射实验所需的温度环境。抽真空连接组件50可外接抽真空设备，对中空腔室111抽真空，即可进行真空实验条件下的中子散射实验。进气机构30向中空腔室111输送一定压强的气体，通过测压组件60测量中空腔室111中的压强，当中空腔室111的内部达到一定压强，且该压强大小满足气氛条件下的实验要求时，即可进行气氛条件下的中子散射实验。进气机构30向中空腔室112输送气体的同时，排气机构40排出气体，以形成流动气体，即可进行满足气体流动条件下催化反应的中子散射实验。进气机构30向中空腔室111中输送惰性气体，即可进行惰性气氛实验条件下的中子散射实验。进气机构30向中空腔室111中输送一定压强的低压气体，通过测压组件60测量中空腔室111中的其他达到低压气体的压强要求时，即可进行低压实验条件下的中子散射实验。
23.壳体10包括：壳本体11，盖本体12，以及密封连接组件13。壳本体11上开设有开口112，盖本体12盖扣于开口112(图2中，开口112的位置与盖本体12的位置基本重叠)，盖本体12与壳本体11围合成中空腔室111。密封连接组件13设于壳本体11的外壁，参见图4所示，该
密封连接组件13用于与高温炉本体100的炉口(图中未示出)密封连接，高温炉本体100可对壳体10进行加热，使得中空腔室111内部处于高温环境，并使得加热温度达到满足中子散射实验的要求。
24.继续参见图4所示，在高温炉本体100上设置有安装通道101，炉口开设在该安装通道101上，气氛插件通过开口插入到安装通道101中，以使气氛插件插接到高温炉本体100的内部。
25.本实施例中，壳体10为管状结构的管状壳体，相应的，壳本体11为管状壳本体。设置为管状结构，一方面，使得中空腔室111可形成规则形状，便于通过高温炉本体100使得待测样品能够获得更加均匀的加热温度；另一方面，可简化壳体10结构，便于制造。
26.如图2所示，在盖本体12与壳本体11的连接处之间还设置有用于密封的第一密封圈121，以使中空腔室111形成密闭环境。本实施方式中，盖本体12与壳本体11之间可采用螺纹连接的方式实现可拆卸式连接。当然，在其他实施例中，盖本体12与壳本体11之间也可采用卡扣、吸合等连接方式，但需满足盖本体12与壳本体11之间密封连接。
27.继续参见图2所示，密封连接组件13位于壳本体11上所设置的开口的下方，该密封连接组件13包括：密封连接法兰131、第二密封圈132、以及压环133，密封连接法兰131的内部具有环绕壳体11外壁的环形空腔，第二密封圈132和压环133都设置在该环形空腔中。结合图4所示，在安装通道101的炉口处设置有连接法兰102，密封连接法兰131与连接法兰101固定连接，并通过压环133压紧第二密封圈132，以使壳本体11与高温炉本体100密封连接。
28.送样机构20用于将待测样品送入至中空腔室111中，该送样机构20包括：样品杆21以及储样组件22，样品杆21穿设、且密封连接于盖本体12，储样组件22设置于样品杆21，储样组件22用于储放待测样品。
29.一些实施例中，样品杆21穿设、且密封连接于盖本体12，可以认为的是，样品杆21与盖本体12为一体式结构，并且，样品杆21两端都延伸至盖本体12的外部。
30.本实施例中，储样组件22设置在样品杆21的端部，该储样组件22包括：样品座221和样品盒222，样品座221设置在样品杆21的端部，样品盒222设置在样品座221上。
31.进气机构30包括：进气管路31，进气管路31的一端连通中空腔室111，进气管路31的另一端用于外接预设气源，预设气源可以有多种，例如，满足不同实验条件的惰性气体(如，氦气)，低压气体等，通常情况下，预设气源储存在气瓶中。
32.进气管路31可以通过壳本体11连通至中空腔室111，也可通过盖本体12连通至中空腔室111。本实施例中，进气管路31通过盖本体12连通至中空腔室111。具体而言，进气管路31穿设、且密封连接于盖本体12。当然，也可认为进气管路31与盖本体12为一体式结构，并且，进气管路31两端都延伸至盖本体12的外部。
33.排气机构40包括：排气管路41以及单向阀42。排气管路41的一端连通中空腔室111，排气管路41的另一端与单向阀42连通。排气管路41可以排出处于中空腔室111内的气体，单向阀42可避免排出的气体逆向流动。
34.同样的，排气管路41可以通过壳本体11连通至中空腔室111，也可通过盖本体12连通至中空腔室111。本实施例中，排气管路41通过盖本体12连通至中空腔室111。具体而言，排气管路41穿设、且密封连接于盖本体12。当然，也可认为排气管路41与盖本体12为一体式结构，并且，排气管路41两端都延伸至盖本体12的外部。
35.抽真空连接组件50的一端连通中空腔室111，抽真空连接组件50的另一端用于外接抽真空设备，通过外接的抽真空设备对中空腔室111抽真空，以达到满足中子散射实验所需的真空环境。
36.抽真空连接组件50可以安装在壳本体11上，或者，可以安装在盖本体12上，或者，可以安装在出气管路41上，或者，安装在进气管路31上。本实施例中，抽真空连接组件50安装在出气管路41上。
37.测压组件60用于测量中空腔室111的气压压强，以便于测量经进气管路31输入到中空腔室111内部气体的压强大小，使得中空腔室111的内部压强大小满足中子散射实验的使用要求。当然，通过测压组件60也可测量中空腔室11内的真空度。
38.当然，在其他实施例中，还可设置真空度检测装置，该真空度检测装置同样可以安装在壳本体11上，或者，可以安装在盖本体12上，或者，可以安装在出气管路41上，或者，安装在进气管路31上。该真空度检测装置可以采用真空规，同样可以测量中空腔室111内的真空度。
39.测压组件60同样可以安装在壳本体11上，或者，可以安装在盖本体12上，或者，可以安装在出气管路41上，或者，安装在进气管路31上。优选的实施例中，测压组件60安装在出气管路41。
40.本实施例中，测压组件60可采用压力表，当然，在其他实施例中，也可采用其他测量气压的仪器或装置。
41.测温组件70用于测量中空腔室111的温度。一些实施例中，该测温组件70可以安装在中空腔室111的内部。本实施例中，样品杆21采用金属材质制作而成，测温组件70安装在样品杆21上未安装储样组件22的另一端端部，通过样品杆21热传导的方式，将中空腔室111中的热量传导给测温组件70测量。
42.当然，一些实施例中，壳体10也可采用金属材质，也可将测温组件70安装在壳体10上，通过壳体10将中空腔室111中的热量传导给测温组件70测量。
43.如图2所示，测温组件70包括：热电偶(图中未示出)和外连接单元71，热电偶安装在外连接单元71上，外连接单元71安装在样品杆21上，热电偶的输出端与外连接单元71的输入端电连接，热电偶用于测量中空腔室111的内部温度，外连接单元71的输出端用于连接外部显示设备，外连接单元71可以将热电偶所测量的温度传输给外部显示设备，以通过连接的外部显示设备显示热电偶所测得的温度值，便于操作者观察。
44.在一实施例中，外连接单元71可以是插头，通过插头与外部显示设备连接。优选的实施例中，插头采用航空插头。当然，一些实施例中，外连接单元71也可以是无线发射模块，在外部显示设备上可设置相应的无线接收模块，热电偶所测量的中空腔室111的温度在无线发射模块与无线接收模块的作用下以无线的方式(例如，wifi、蓝牙)传输给外部显示设备，以通过外部显示设备显示热电偶所测得的温度值。
45.本实施例中，采用中空腔室111的方式，一方面，在高温炉本体100的加热下，可使得样品受到均匀的热量，并能够维持该热量；另一方面，提供一个相对密封的环境，从而可形成真空环境、惰性气体、低气压、快速降温、催化反应气体介质等多种不同实验环境。
46.如图2所示，当盖本体12安装到壳本体11的开口112处时，进气管路31基本延伸至中空腔室111的底部，排气管路41延伸至盖本体12靠近开口112的位置处，也就是说，进气管
路31的出口端处于中空腔室111的高度低于进气管路41的进口端处于中空腔室111的高度，如此，一方面，便于通过进气管路31输入到中空腔室111的气体自下而上流动，能够使得需要排除的气体能够完全通过排气管路41排出。
47.在一实施例中，当预设气源通过进气管路31向中空腔室111中输送的气体的压强大于壳体10所能承受的最大压强时，为避免过大的压强引起壳体10爆炸的安全事故，进气机构30还包括：安全阀32，安全阀32连通在进气管路31的另一端，该安全阀32用于在中空腔室111中的气压压强大于预设压强范围时，进行泄压。
48.可以理解的是，预设压强为壳体10所能承受的最大压强。当然，在其他实施例中，预设压强也可是满足中子散射实验所需的压强，若实际中该压强大小小于预设压强，同样也可通过安全阀32进行泄压。
49.安全阀32可采用可调节安全阀，可以调节预设压强的大小，以适应不同的使用要求。具体而言，可调式安全阀的起跳压力可以根据使用要求在一定范围内进行调节，一方面，保证壳体10的安全性，另一方面，可满足不同压强的使用要求。
50.本实施例中，进气机构30还包括：进气阀门33，该进气阀门33具有进口端和出口端，进气阀门33的进口端用于外接预设气源，进气阀门33的出口端连通安全阀32，具体的，进气阀门33的进口端通过管路与安全阀32连通。
51.在一实施例中，排气机构40还包括：四通接头43，四通接头43的第一端口与排气管路41的另一端连通，四通接头43的第二端口与测压组件60连通，四通接头43的第三端口与单向阀42连通，四通接头43的第四端口与抽真空连接组件50连通。四通接头43的设置，可使各结构的连接更加紧凑。
52.如图2所示，抽真空连接组件50包括：抽真空连接阀门51，抽真空连接阀门51的出口端与四通接头43的第四端口连通，抽真空连接阀门51的进口端用于外接抽真空设备，该抽真空设备可以是真空泵。
53.在一实施例中，抽真空连接组件50还包括：真空连接法兰52，该抽真空连接法兰52设置在抽真空连接阀门51的进口端，可用于与抽真空设备进行连接。
54.一些实施例中，排气机构40还包括：出气阀门44，出气阀门44的进口端与单向阀43的出口端连通。
55.本实施例中，进气机构30还包括：限位器35，限位器35固定在样品杆21上，限位器35上开设有贯穿该限位器35厚度方向的限位通孔(图中未示出)，进气管路31穿设于该限位通孔。可以理解的是，限位通孔与进气管路31之间紧配合，通过限位通孔对进气管路31限位，防止进气管路31移位。
56.在一实施例中，进气机构30还包括：隔热组件36，隔热组件36设置在样品杆21上，该隔热组件36位于限位器35与储样组件22之间，该隔热组件36用于阻隔储样组件22与限位器35之间的热传导，避免热量损失。优选的实施例中，隔热组件36采用片状结构的隔热片，该隔热片的大小大于等于壳本体111横截面的大小。
57.本技术所提供的用于中子散射实验的高温炉气氛插件的使用过程如下：
58.将待测样品装载在样品盒222中，将样品杆21通过壳本体11上的开口112插入到壳本体11中，盖本体12连接在壳本体11的开口112处，完成气氛插件组装。之后，将壳体10经炉口插入至高温炉本体100中，同时，将密封连接法兰131与连接法兰102进行连接，完成设备
组装。
59.将储存有预设气源的气瓶通过管路与进气阀门33连通，将抽真空设备通过管路与抽真空连接法兰52连通，将外部显示设备与插头71进行连接。需要说明的是，气瓶的出气口上安装有减压阀，将气瓶的减压阀通过管路与进气阀门33连通。
60.打开抽真空连接阀门51，关闭其他阀门，并开启抽真空设备，通过测压组件60测量中空腔室111内部的气压压强，当该压强值大小达到真空状态的压强大小时，关闭抽真空连接阀门51，即可开展真空模式下的中子散射实验。
61.打开进气阀门33，关闭其他阀门，通过气瓶向中空腔室111中输入预设气源，通过测压组件60测量中空腔室111内部的气压压强，当该压强满足进行气氛模式的要求时，关闭进气阀门33，即可开展气氛模式下的中子散射实验。
62.打开进气阀门33和出气阀门44，通过气瓶向中空腔室111中输入预设气源，并通过出气阀门44排出预设气源，使得气体流动，过程中，无需关闭进气阀门33和出气阀门44，即可进行催化反应的中子散射实验。
63.更换预设气源为惰性气体(例如，氦气)的气瓶，并将该气瓶与进气阀门33通过管路连通。打开抽真空连接阀门51，通过抽真空设备对中空腔室抽真空，并通过测压组件60测量中空腔室111内部的气压压强，当该压强值大小达到真空状态的压强大小时，关闭抽真空连接阀门51。打开进气阀门33和出气阀门44，关闭其他阀门，向中空腔室111中输入一定量的惰性气体，即可进行惰性气体环境下的中子散射实验。
64.更换预设气源为低压气体的气瓶，并将该气瓶与进气阀门33通过管路连通。打开抽真空连接阀门51，关闭其他阀门，通过抽真空设备对中空腔室抽真空，并通过测压组件60测量中空腔室111内部的气压压强，当该压强值大小达到真空状态的压强大小时，关闭抽真空连接阀门51。打开进气阀门33和出气阀门44，关闭其他阀门，向中空腔室111中输入一定量的低压气体，并通过测压组件60测量中空腔室111内部的气压压强，当该压强值大小达到低气压的压强大小时(该压强值低于安全阀32的开启压力)，即可进行低气压环境下的中子散射实验。
65.打开盖本体12，并拔出样品杆21，将样品盒222置于低温环境(例如，液氮或者水)，可对待测样品快速降温。通过开口112向中空腔室111中输入一定低温气体，可对高温炉本体100进行快速降温。如此，本技术的气氛插件可直接从壳体10中取出，无需破坏高温炉本体的真空度。
66.当然，高温炉本体100可对壳体10进行加热，通过测温组件70的测量，并通过外部显示设备读取测温组件70所测得的温度值，以得到中空腔室111内部的温度，当达到进行中子散射实验所要求的温度时，可关闭高温炉本体100。
67.综上所述，本技术所提供的用于中子散射实验的高温炉气氛插件，可实现真空、惰性气体、低气压、快速降温、催化反应气体介质等多种实验条件下的中子散射实验的开展，以满足特殊实验条件的需要，助力材料科学的研究。
68.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。