专利名称：用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置的制作方法
技术领域：
用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种观测电沉积真空沸腾现象的装置，尤其涉及一种用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置。
背景技术：
[0002]在真空或负压环境中，液体通常在未达到常压沸点的情况下便产生剧烈沸腾现象。液体沸腾是典型的气、液两相流运动，伴随有剧烈的液体自然对流运动和汽化吸热现象，常被工业界用以强化传质和传热。观测了解气泡份额、气泡生长模式(形成、长大、破灭等循环过程)、流型特征等信息，是研究和有效利用真空沸腾现象的前提和基础。目前，宏观环境下真空沸腾的观测方法及其依托装备比较成熟。然而，对于微细管、微盲孔等微空间内真空沸腾现象的观测，由于微尺度效应的影响凸显并受十分狭小操作空间的限制，微空间内沸腾现象特征信息的采集难度很大，一般是利用成本昂贵的微粒子图像测速技术 (MicroPIV)等来实现。[0003]研究表明，把真空沸腾现象应用于宏观尺度电沉积工艺中，能获得很好的工艺效果，如中国专利(专利号CN 101871108 A) “电解液真空沸腾式高速电沉积方法及装置”所提及的。进一步研究表明(见“明平美，李英杰，王艳丽等，微细电铸法制造高开孔率精细网片.2011，(4) :43-45, 47”)，真空沸腾现象应用于微尺度电沉积工艺也能获得较好的效果。 但至今尚无针对这种处于电沉积环境下微空间内的真空沸腾现象的专用观测平台，而了解掌握其中的特征信息对完善真空沸腾基础理论和提升应用水平，意义重大。理论上，现有的 MicroPIV技术可用于电沉积微空间内真空沸腾现象的观测，但其设备昂贵且对工作介质的要求高。实用新型内容[0004]本实用新型的目的是提供一种用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，便于观测且成本低。[0005]本实用新型采用下述技术方案一种用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，包括密闭绝缘的透明槽体，槽体内装设有含有示踪粒子的导电工作液，导电工作液内设置有阳极与阴极，阴极设置在导电工作液底部，阳极设置在导电工作液内阴极的上方，阳极和阴极分别与电沉积电源的正极和负极连接；阴极的上部设置有微沉积空间单元，用来采集微沉积空间单元的采集镜头设置在正对微沉积空间单元区域的槽体外部，采集镜头的输出端与信息处理单元连接；还包括有采集工作液温度并控制工作液温度的工作液温度采集控制单元，所述的阴极连接有阴极温度采集控制单元。[0006]所述的微沉积空间单元包括由多个微盲孔组成的微盲孔阵列，微盲孔阵列包括导电柱和非导电微细透明管，所述的导电柱下部埋置在阴极内，上部设置在非导电微细透明管内，所述的非导电微细透明管与阴极密封配合；所述的导电柱的内径不完全相同，多个非导电微细透明管的深度也不完全相同。[0007]还包括有真空泵单元，真空泵通过抽气管道与接头连接，接头密封设置在槽体顶部外，所述的抽气管道上设置有干燥器，所述的槽体顶部外还密封设置有真空表。[0008]还包括有真空度微调单元，真空度微调单元为设置在槽体顶部外的真空微调阀。[0009]所述导电工作液的液面距槽体顶部内侧壁的距离大于等于100mm。[0010]所述的阳极与阴极间的距离为20 40mm。[0011]所述的导电工作液为无色透明导电工作液。[0012]所述的工作液温度采集控制单元和阴极温度采集控制单元均包括温度传感器、加热器、温控仪、接触器，所述的温度传感器的信号输出端与温控仪连接，温控仪通过接触器与加热器连接，所述的温度传感器和加热器均设置在工作液内和阴极内。[0013]所述的槽体由透明且耐酸碱腐蚀的材料制成。[0014]本实用新型所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置合理地构建了合适的电沉积微空间，完全达到了工艺实施要求，同时成本低，使观测者可以方便地观测电沉积微空间内真空沸腾现象，操作简便。
[0015]图I为本实用新型的结构示意图；[0016]图2为阴极与微沉积空间单元的结构示意图。
具体实施方式
[0017]如图I所示，本实用新型一种用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，包括密闭绝缘的透明槽体1，槽体I内装设有含有示踪粒子21的导电工作液16，导电工作液 16内设置有阳极7与阴极11，阴极11设置在导电工作液16底部，阳极7设置在导电工作液16内阴极11的正上方，阳极7和阴极11分别与电沉积电源10的正极和负极连接；阴极 11的上部设置有微沉积空间单元，用来采集微沉积空间单元的采集镜头8设置在正对微沉积空间单元区域的槽体外部，采集镜头8的输出端与信息处理单元9连接。[0018]本实用新型还包括有真空泵单元，真空泵2通过抽气管道与接头4连接，接头4密封设置在槽体I顶部外，所述的抽气管道上设置有干燥器3，所述的槽体顶部外还密封设置有真空表6 ;还包括有真空度微调单元，真空度微调单元为设置在槽体顶部外的真空微调阀5。所述的接头4的材质为耐酸碱腐蚀且有一定长度，利于抽真空过程中工作液蒸汽的冷却回流。[0019]其中所述导电工作液16的液面距槽体顶部内侧壁的距离大于等于100mm，以防止真空泵2开启后将靠近槽体顶部的工作液16抽入泵体；所述的阳极与阴极间的距离为 20 40mm ;所述的槽体I由透明且耐酸碱腐蚀材料制成；所述的导电工作液为无色透明导电工作液，透明导电工作液更能清楚的观测电沉积微空间内真空沸腾现象。[0020]阴极温度采集控制单元用来采集阴极的温度并控制阴极的温度在合适的范围内， 所述的阴极温度采集控制单元包括温度传感器(第一热电偶12)、加热器(第一加热管13)、 第一接触器14、第一温控仪15，所述的第一热电偶12的信号输出端与第一温控仪15连接， 第一温控仪15通过第一接触器14与第一加热管13连接，所述的第一加热管13和第一热电偶12均设置在阴极内。工作液温度采集控制单元用来采集工作液的温度并控制工作液的温度在合适的范围内，所述的工作液温度采集控制单元包括温度传感器(第二热电偶17)、 加热器(第二加热管20)、第二温控仪18、第二接触器19，所述的第二热电偶17的信号输出端与温控仪18连接，第二温控仪18通过第二接触器19与第二加热管20连接，所述的第二加热管20和第二热电偶17均设置在工作液内。[0021]如图2所示，所述的微沉积空间单元包括多个微盲孔组成的微盲孔阵列，微盲孔阵列包括导电柱23和非导电微细透明管22，所述的导电柱23下部埋置在阴极11内，上部设置在非导电微细透明管22内，所述的非导电微细透明管22与阴极11密封配合；所述的导电柱23的内径不完全相同，多个非导电微细透明管22的深度也不完全相同，导电柱23 和非导电微细透明管22构成的不同的微盲孔24 (即微沉积空间)来满足不同深径比、深宽比的观测要求，本实施例中的微盲孔24为6个，一般情况下3 10个深度、内径各不相同的微盲孔24较为合适。[0022]使用本实用新型时按如下步骤进行操作[0023](a)、将适量均匀混合示踪粒子21的工作液16通过接头4注入槽体I内，工作液 16液面与槽体I顶部间隔不小于100_，然后通过中间设有干燥器3的抽气管道将电沉积槽系统与真空泵2连接，关闭真空微调阀5 ；[0024](b)、将第一加热管13依次与第一接触器14、第一温控仪15连接，第一热电偶12 与第一温控仪15连接；[0025](c)、将第二加热管20依次与第二接触器19、第二温控仪18连接，第二热电偶17 与第二温控仪18连接；[0026](d)、将阳极7、阴极11分别与电沉积电源10正、负极相连；[0027](e)、启动工作液温度采集控制单元和阴极温度采集控制单元控制工作液16温度为25 40°C，阴极11温度为55 70°C ；[0028](f)、开启真空泵2，达到指定真空度和温度后，开启电沉积电源10，将采集镜头8 正对微盲孔24区域调整到合适观测位置，对微盲孔24内气泡生长循环、导电柱23上表面临近液层流场分布等现象进行实时观测，最终通过信息处理单元9中相关软件对采集的图像数据等信息进行分析和处理，为相关机理的探究及推断提供客观依据；[0029](g)、信息分析处理完毕后，可用注射器通过接头4更换新鲜工作液。
权利要求1.一种用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于包括密闭绝缘的透明槽体，槽体内装设有含有示踪粒子的导电工作液，导电工作液内设置有阳极与阴极，阴极设置在导电工作液底部，阳极设置在导电工作液内阴极的上方，阳极和阴极分别与电沉积电源的正极和负极连接；阴极的上部设置有微沉积空间单元，用来采集微沉积空间单元的采集镜头设置在正对微沉积空间单元区域的槽体外部，采集镜头的输出端与信息处理单元连接；还包括有采集工作液温度并控制工作液温度的工作液温度采集控制单元，所述的阴极连接有阴极温度采集控制单元。
2.根据权利要求I所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于所述的微沉积空间单兀包括由多个微盲孔组成的微盲孔阵列，微盲孔阵列包括导电柱和非导电微细透明管，所述的导电柱下部埋置在阴极内，上部设置在非导电微细透明管内，所述的非导电微细透明管与阴极密封配合；所述的导电柱的内径不完全相同，多个非导电微细透明管的深度也不完全相同。
3.根据权利要求2所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于还包括有真空泵单元，真空泵通过抽气管道与接头连接，接头密封设置在槽体顶部外，所述的抽气管道上设置有干燥器，所述的槽体顶部外还密封设置有真空表。
4.根据权利要求3所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于还包括有真空度微调单元，真空度微调单元为设置在槽体顶部外的真空微调阀。
5.根据权利要求I所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于所述导电工作液的液面距槽体顶部内侧壁的距离大于等于100mm。
6.根据权利要求5所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于所述的阳极与阴极间的距离为20 40mm。
7.根据权利要求I所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于所述的导电工作液为无色透明导电工作液。
8.根据权利要求I所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于所述的工作液温度采集控制单元和阴极温度采集控制单元均包括温度传感器、加热器、温控仪、接触器，所述的温度传感器的信号输出端与温控仪连接，温控仪通过接触器与加热器连接，所述的温度传感器和加热器均设置在工作液内和阴极内。
9.根据权利要求I所述的用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，其特征在于所述的槽体由透明且耐酸碱腐蚀的材料制成。
专利摘要本实用新型公开了一种用于观测电沉积微空间内真空沸腾现象的装置，包括密闭绝缘的透明槽体，槽体内装设有含有示踪粒子的导电工作液，导电工作液内设置有阳极与阴极，阴极设置在导电工作液底部，阳极设置在导电工作液内阴极的上方，阳极和阴极分别与电沉积电源的正极和负极连接；阴极的上部设置有微沉积空间单元，用来采集微沉积空间单元的采集镜头设置在正对微沉积空间单元区域的槽体外部，采集镜头的输出端与信息处理单元连接；还包括有采集工作液温度并控制工作液温度的工作液温度采集控制单元，所述的阴极连接有阴极温度采集控制单元。本实用新型合理地构建了合适的电沉积微空间，完全达到了工艺实施要求，同时成本低，观测简单且操作简便。
文档编号G01D21/00GK202814447SQ20122052138
公开日2013年3月20日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者明平美, 商静瑜, 吕文星, 郝巧玲, 王俊涛, 马梦蝶, 王文华, 张延辉, 苏阳阳, 包晓慧, 毕向阳 申请人:河南理工大学