具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种用于液氮冷却多层膜的热疲劳测试的试验装置，包括真空室1以及设置于真空室1之外的电子枪2、液氮循环主机14和温控仪15，真空室1为一直径450mm的圆形腔体，其内设有冷却块7和精密运动滑台4，精密运动滑台4上设有热沉6和用于固定多层膜12的夹持器5，精密运动滑台4可朝远离或靠近冷却块7的方向运动，其可选用现有的任意一款，例如，本实施例中采用型号为MVXA05A-R102的精密运动滑台，在精密运动滑台4的带动下，热沉6与冷却块7可分离地触接；精密运动滑台4的一侧连接有驱动装置3，例如为伺服电机，用于驱动精密运动滑台4的运动；夹持器5远离热沉6的一面上设置有电加热片11，用于加热多层膜12；真空室1外周壁上可开设一窗口(图中未示出)，电子枪2的枪管通过该窗口伸入真空室1内，且通过法兰安装在该窗口上，用于试验过程中模拟同步加速器辐射光源的X射线，在8keV时可产生100mA的束流，电子枪7的枪管对准多层膜12，便于将发射的电子束打在多层膜12上；冷却块7与液氮循环主机14连通而形成循环冷却系统，当热沉6与冷却块7接触时，通过冷却块7、热沉6、夹持器5之间的热传递，可对多层膜12进行冷却；温控仪15与夹持器5上的电加热片11电连接，在本实施例中，温控仪15的型号为Lake Shore 336。

如图2所示，冷却块7、热沉6和夹持器5可依次相对排列，传热导线9分别连接在热沉6和夹持器5的两侧，两者之间通过传热导线9进行传热，例如，传热导线9可以为铜辫子，铜辫子与热沉6、夹持器5在每一侧均通过两个内六角圆柱头螺钉连接，连接好的铜辫子仍具有一定的长度冗余以减小变形和振动的传递。

多层膜12固定在夹持器5远离热沉6的那一面上，在本实施例中，多层膜12采用硅基底，Ru/C交替周期多层膜，周期数100，层间间距2.5nm，硅基底尺寸为60mm*30mm*10mm，多层膜晶体形面误差小于1urad(RMS)，表面粗糙度误差小于0.3nm(RMS)。电加热片11可设置在多层膜12的硅基底与夹持器5之间。

具体地，如图3所示，夹持器5上可设置一凹槽51，电加热片11与多层膜12均位于该凹槽51内(为显示出电加热片11，图3中没有示出多层膜12)，电加热片11的加热丝呈回形曲折状以增大与多层膜12的接触面积，提高加热效率。多层膜12通过两内六角圆柱头螺钉固定在凹槽51内，凹槽51外还设置有两个镜夹17，其通过螺钉固定在夹持器5上，预防多层膜12可能倾倒而起遮挡作用，实际上镜夹17与多层膜12可能无接触，这样可使多层膜12受到的外变形较小。

如图4所示，该试验装置还包括温度传感器19和应变片20，例如，温度传感器19的探针可放置在多层膜12的硅基底上，用于实时监测多层膜12的温度，应变片20用于测量并记录多层膜12的应力应变状态，可设置为两个，在多层膜上靠近电子束的光斑范围121的位置各放置一个，这样可以使测得的数据更真实，同时还不会受到电子束的直接照射，保护应变片20。

如图5和图6所示，冷却块7可设置为一铜制H形板，其沿H形的长度方向设有两个通孔(图中未示出)，一U形液氮冷却管8穿过两通孔，并与冷却块7焊接，该U形液氮冷却管8的两端分别穿过真空室1的外周壁后与液氮循环主机14连通。

如图7所示，热沉6可设置为一矩形板，其上设有一铜制凸起61，相应的，如图6所示，冷却块7上设有一与凸起61相配合的接触孔71，凸起61插入接触孔71中后，热沉6贴紧冷却块7，便于传递热量。优选地，热沉6与凸起61一体成型。

继续参照图2，精密运动滑台4上还可设置绝热陶瓷基座10，分别位于热沉6和夹持器5的下方，热沉6和夹持器5固定在绝热陶瓷基座10上，以减少热沉6、夹持器5与精密运动滑台4之间的热量传递。在一可行的实施方式中，如图3所示，位于夹持器5下方的绝热陶瓷基座10为两个间隔设置的小方片，两小方片均通过螺钉与夹持器5和精密运动滑台4固定连接；如图8所示，位于热沉6下方的绝热陶瓷基座10呈“凸”字型，热沉6通过螺钉固定在凸起部，绝热陶瓷基座10未凸起的两侧通过螺钉与精密运动滑台4固定连接。

如图2所示，真空室1内还可设置有调节垫板18，其通过四个一字沉头螺钉固定在真空室1内，精密运动滑台4则通过四个一字沉头螺钉固定在调节垫板18上，该调节垫板18起到支撑和调节精密运动滑台4高度的作用。

如图1所示，本实施例的试验装置还可包括位于真空室1之外的可编程逻辑控制器(PLC)13，其对电子枪2、温控仪15、液氮循环主机14、温度传感器19和驱动装置3等进行控制，以实现整个试验装置的自动控制，减少人为因素的影响。

冷却块7、热沉6、夹持器5均可由无氧铜材料制成，以提高传热效率。

在每个热量交换接触处，例如凸起61的圆周处、冷却块7和热沉6接触处、铜辫子与热沉6和夹持器5的接触处均可垫有铟片以增大接触热导。

下面将对本实施例的用于液氮冷却多层膜的热疲劳测试的试验装置的使用过程做进一步地说明：

(1)试验开始前，真空室1内为常温，即293K，热沉6与冷却块7是紧密接触的，先启动液氮循环主机14，使循环冷却系统开始工作，此时的热传导过程为液氮循环主机14---液氮冷却管8---冷却块7---热沉6---传热导线9---夹持器5---电加热片11---多层膜12，通过多层膜12上的温度传感器19实时监测温度，直到温度数值不变达到平衡，此时多层膜12的温度接近80K，在整个试验过程中，液氮循环主机一直处于运行状态不停止。

(2)当温度第一次达到平衡状态时，即上述温度接近80K的状态，电子枪2发射电子束，打在多层膜12上，此时由于受到来自电子枪2的热载，多层膜12的温度会高于80K，一段时间后，温度传感器19监测到的温度数值将再次保持不变，达到第二次温度平衡。

(3)第二次温度平衡后，PLC控制电子枪2关闭，然后驱动装置3驱动精密运动滑台4带动热沉6和夹持器5朝远离冷却块7的方向移动，从而使热沉6与冷却块7脱开。

(4)热沉6与冷却块7脱开后，温控仪15控制电加热片11通电，对多层膜12加热，辅助回温，当温度传感器19监测的温度数值达到293K时，停止加热，应变片20记录以上整个过程(即温度从293K---温度至80K---电子枪加载---电子枪卸载---温度至293K的过程)多层膜12的应力应变状态，至此一个循环周期结束。

(5)开始下一个循环周期，驱动装置3驱动精密运动滑台4朝接近冷却块7的方向移动，使热沉6与冷却块7再次接触，并重复上述过程(1)--(4)，以此达到循环加载模拟疲劳的过程。

其中，上述整个过程均可由PLC 13进行控制，从而实现整个试验过程的自动化。

本发明实施例提供的用于液氮冷却多层膜的热疲劳测试的试验装置，通过设置热沉6与冷却块7可脱离接触的结构以模拟热负荷加载过程，实现了从常温-冷却-加载-卸载-去冷却-常温的周期性疲劳过程，比较真实的离线模拟了光源线站多层膜12的工作状态，保证了试验结果的可靠性；通过使用铜辫子将热沉6和夹持器5两侧连接，可将对多层膜的变形影响减到最小；通过设置电加热片11辅助回温，可有效加快疲劳试验进程；PLC自动控制则可减少人为因素对试验的影响。本实施例的用于液氮冷却多层膜的热疲劳测试的试验装置，通过循环试验模拟多层膜受热变形的低周疲劳过程，为有限元分析结果提供试验验证条件，对高功率密度光束下的多层膜光学元件液氮冷却热疲劳研究有重要意义，其不仅可用于多层膜疲劳寿命的预测，同时可用于研究其他液氮冷却光学元件被X射线照射后的热疲劳分析。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。