一种用于中子衍射的原位加热装置的制作方法

本发明属于中子衍射应用中的环境加载技术领域，具体涉及一种用于中子衍射的原位加热装置。

背景技术：

中子衍射技术具有无损检测和深穿透特性，可对厘米级的金属、高分子等材料标准样品、实际工件进行内部微观结构和应力分布进行直接测量。在研究环境温度对样品材料的内部微观结构、力学性能的影响机制时，需利用中子衍射原位温度加载装置按照高温试验的国家标准对样品进行温度加载，待样品温度稳定后，再利用原位力学实验机对样品进行力学加载，最后利用中子衍射谱仪测量样品在不同温度、力学条件下的微观结构信息。

名称为《一种用于中子衍射技术的原位应力-温度加载装置》的中国专利（专利号：201310032334）、名称为《一种用于中子衍射的原位温度加载装置》的中国专利（专利号：201520986073.2）中都涉及了中子衍射原位温度装置，但两个专利中的中子衍射原位温度装置都采用的封闭式炉体结构，采用开设中子窗口以达到允许中间一定角度范围内的中子直接照射在被测样品上，两侧小角度、大角度的衍射中子被炉体结构遮挡，造成样品的小角度、大角度中子衍射峰无法测量的问题，而中子窗口的增设会阻挡一部分中子，从而降低中子强度；同时，封闭式结构也造成了装卸样品操作的不方便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于中子衍射的原位加热装置。

本发明的用于中子衍射的原位加热装置，其特点是：所述的原位加热装置包括固定部分、移动部分和高温引伸计。

所述的固定部分包括左侧夹具、右侧夹具、左侧冷却水套和右侧冷却水套；被测样品的两端加工有外螺纹，左侧夹具和右侧夹具的内侧加工有与被测样品的外螺纹相匹配的内螺纹；所述的左侧夹具和右侧夹具的外侧加工有与外部的样品支架或原位力学拉伸装置相匹配的安装螺纹；所述的左侧冷却水套与左侧夹具配装，右侧冷却水套与右侧夹具配装，左侧冷却水套和右侧冷却水套上安装有冷却水快接插头；固定部分的连接关系为：被测样品通过螺纹连接在左侧夹具和右侧夹具中间，左侧冷却水套、右侧冷却水套分别套装在左侧夹具和右侧夹具的外侧，通过螺纹将左侧夹具、右侧夹具分别固定到外部的样品支架上或原位力学拉伸装置的两个加载端上，被测样品悬空放置试验区中。

所述的移动部分包括上加热板、下加热板、上方冷却隔板、下方冷却隔板和加热板支架；所述的加热板支架为╨型，╨型的水平部件为底座，╨型的竖直部件为固定架，固定架上有加热板卡带，上加热板和下加热板上有支撑架；所述的上方冷却隔板和下方冷却隔板安装有冷却水快接插头；所述的下加热板上开设两个引伸计测量孔；移动部分的连接关系为：上加热板和下加热板固定在固定架的卡带上；上方冷却隔板和下方冷却隔板分别通过上加热板和下加热板的支撑架对称安装在上加热板的上方和下加热板的下方。

所述的原位加热装置工作过程如下：

将固定部分固定在外部的样品支架或原位力学拉伸装置的两个加载端上，调整移动部分的位置，直至被测样品位于上加热板和下加热板的竖直中心；在左侧冷却水套、下方冷却隔板、右侧冷却水套和上方冷却隔板的冷却水快接插头上依次连接冷却水管，再将冷却水管与外部的冷水泵相连，形成封闭的冷却水循环水路；将所述的高温引伸计的两个测量支脚分别穿过下加热板上的两个引伸计测量孔固定在被测样品上。

所述的上加热板、下加热板为尺寸相同的长方形板，靠近被测样品的一面布置加热丝，远离样品另一面布置保温纤维材料。

所述的上加热板铺设的加热丝间距L1与下加热板铺设的加热丝间距L2的比值符合：L1/ L2>1。

所述的下加热板的引伸计测量孔为圆角矩形，圆角的直径与矩形的宽尺寸相同，两个引伸计测量孔之间的距离与高温引伸计的测量标距相同，引伸计测量孔的深度开设方向与加热板的上表面呈45度夹角。

所述的加热板支架的固定架上安装有卡带，改变上加热板、下加热板在卡带上的位置，直至上加热板1靠近被测样品的表面与被测样品的距离和下加热板2靠近被测样品的表面与被测样品的距离均为5mm。

所述的高温引伸计的测量支脚为高温陶瓷材料的圆柱棒，接触样品端为刀口状，利用高温引伸计上带弹簧的纤维绳栓固在样品上。

所述的上方冷却隔板、下方冷却隔板为尺寸相同的长方形板，长、宽尺寸分别为上加热板长、宽尺寸的2倍。

本发明的用于中子衍射的原位加热装置，主要加热部件由上加热板、下加热板构成，这种敞开式结构允许所有角度范围的中子直接照射在被测样品上，可有效解决现有技术中对部分角度衍射中子的遮挡和中子强度降低问题。两个加热板之间的距离能够调节，可以适用于不同尺寸规格的样品，同时下加热板开设引伸计测量孔，能够实现高温实验的样品应变的直接测量。本发明设计的加热装置的装卸操作更简单，成本更加低廉，对样品规格尺寸也没有限制，面对不同规格尺寸的样品仅需调整上加热板、下加热板在加热支撑架上的位置就可以满足。

附图说明

图1为本发明的用于中子衍射的原位加热装置的主视图；

图2为本发明的用于中子衍射的原位加热装置的右视图；

图3为本发明的用于中子衍射的原位加热装置中的上加热板示意图；

图4为本发明的用于中子衍射的原位加热装置中的下加热板示意图；

图5为本发明的用于中子衍射的原位加热装置中的下加热板剖视图；

图6为本发明的用于中子衍射的原位加热装置中的加热板支架示意图。

图中，1.上加热板 2.下加热板 3.高温引伸计 4.左侧夹具 5.右侧夹具 6.左侧冷却水套 7.右侧冷却水套 8.上方冷却隔板 9.下方冷却隔板 10.加热板支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

如图1-6所示，本发明的用于中子衍射的原位加热装置，其特征在于：所述的原位加热装置包括固定部分、移动部分和高温引伸计3。

所述的固定部分包括左侧夹具4、右侧夹具5、左侧冷却水套6和右侧冷却水套7；被测样品的两端加工有外螺纹，左侧夹具4和右侧夹具5的内侧加工有与被测样品的外螺纹相匹配的内螺纹；所述的左侧夹具4和右侧夹具5的外侧加工有与外部的样品支架或原位力学拉伸装置相匹配的安装螺纹；所述的左侧冷却水套6与左侧夹具4配装，右侧冷却水套7与右侧夹具5配装，左侧冷却水套6和右侧冷却水套7上安装有冷却水快接插头；固定部分的连接关系为：被测样品通过螺纹连接在左侧夹具4和右侧夹具5中间，左侧冷却水套6、右侧冷却水套7分别套装在左侧夹具4和右侧夹具5的外侧，通过螺纹将左侧夹具4、右侧夹具5分别固定到外部的样品支架上或原位力学拉伸装置的两个加载端上，被测样品悬空放置试验区中。

所述的移动部分包括上加热板1、下加热板2、上方冷却隔板8、下方冷却隔板9和加热板支架10；所述的加热板支架10为╨型，╨型的水平部件为底座，╨型的竖直部件为固定架，固定架上有加热板卡带，上加热板1和下加热板2上有支撑架；所述的上方冷却隔板8和下方冷却隔板9安装有冷却水快接插头；所述的下加热板2上开设两个引伸计测量孔；移动部分的连接关系为：上加热板1和下加热板2固定在固定架的卡带上；上方冷却隔板8和下方冷却隔板9分别通过上加热板1和下加热板2的支撑架对称安装在上加热板1的上方和下加热板2的下方。

所述的原位加热装置工作过程如下：

将固定部分固定在外部的样品支架或原位力学拉伸装置的两个加载端上，调整移动部分的位置，直至被测样品位于上加热板1和下加热板2的竖直中心；在左侧冷却水套6、下方冷却隔板9、右侧冷却水套7和上方冷却隔板8的冷却水快接插头上依次连接冷却水管，再将冷却水管与外部的冷水泵相连，形成封闭的冷却水循环水路；将所述的高温引伸计3的两个测量支脚分别穿过下加热板2上的两个引伸计测量孔固定在被测样品上。

如图3、图4所示，所述的上加热板1、下加热板2为尺寸相同的长方形板，靠近被测样品的一面布置加热丝，远离样品另一面布置保温纤维材料。

如图3、图4所示，所述的上加热板1铺设的加热丝间距L1与下加热板2铺设的加热丝间距L2的比值符合：L1/ L2>1。

如图4、图5所示，所述的下加热板2的引伸计测量孔为圆角矩形，圆角的直径与矩形的宽尺寸相同，两个引伸计测量孔之间的距离与高温引伸计3的测量标距相同，引伸计测量孔的深度开设方向与加热板2的上表面呈45度夹角。

如图6所示，所述的加热板支架10的固定架上安装有卡带，改变上加热板1、下加热板2在卡带上的位置，直至上加热板1靠近被测样品的表面与被测样品的距离和下加热板2靠近被测样品的表面与被测样品的距离均为5mm。

所述的高温引伸计3的测量支脚为高温陶瓷材料的圆柱棒，接触样品端为刀口状，利用高温引伸计3上带弹簧的纤维绳栓固在样品上。

所述的上方冷却隔板8、下方冷却隔板9为尺寸相同的长方形板，长、宽尺寸分别为上加热板1长、宽尺寸的2倍。

实施例1

本实施例中，所述的左侧夹具4、右侧夹具5的一端利用螺纹分别连接到外部的样品支架上；所述的加热板支架10放置在外部的样品平台上；所述的上加热板1、下加热板2的外形为长60mm、宽40mm、厚15mm的长方形板；所述的高温引伸计3的测量支脚的直径为2.5mm；所述的下加热板2的引伸计测量孔为圆角矩形，圆角的直径与矩形的宽均为3mm；所述的上方冷却隔板8、下方冷却隔板9为长120mm、宽80mm、厚8mm的长方形板；上加热板1铺设的加热丝间距为2mm，下加热板2铺设的加热丝间距为1.6 mm，所述的上加热板1与下加热板2的间距调节为15mm。

经上述实施后，本发明可对直径为5mm的棒状标准样品或宽度为5mm的板状标准样品进行温度加载，配合中子衍射谱仪使用，可以开展中子衍射原位温度环境下的中子测量实验。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是所述的左侧夹具4、右侧夹具5的一端利用螺纹分别连接到外部的原位力学拉伸装置的两个加载端上，所述的加热板支架10放置在外部的力学加载装置的底座上；上加热板1和下加热板2为长80mm、宽60mm、厚15mm的长方板，上方冷却隔板8、下方冷却隔板9为长160mm、宽120mm、厚8mm的长方板，上加热板1铺设的加热丝间距为1.6mm，下加热板2铺设的加热丝间距为1.2mm，上加热板1与下加热板2的间距调节为18mm。

经上述实施后，本发明可对直径为8mm的棒状标准样品或宽度为8mm的板状标准样品进行温度加载，配合力学加载装置和中子衍射谱仪使用，可以开展中子衍射原位温度-力学复合环境下的中子测量实验。