一种用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备
阅读说明：本技术 一种用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备 (High-temperature radiation heating equipment for in-situ loading diffraction experiment ) 是由 詹霞 高建波 马艳玲 张书彦 贡志峰 王晨 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备,包括上连接件、上加热单元、下加热单元以及下连接件,上连接件固定于上加热单元顶部,下连接件固定于下加热单元底部,上加热单元与下加热单元结构相同并相互固定,上加热单元包括壳体、加热组件以及安装件,安装件固定于壳体,安装件设有滑槽及两与滑槽连通的定位孔,加热组件包括反射罩、卤素灯管及挂耳,卤素灯管安装于反射罩内,挂耳固定于反射罩外部,挂耳伸入滑槽并收容于一定位孔使加热组件安装于壳体,此时反射罩开口朝内,当挂耳沿滑槽滑动并收容于另一定位孔时,反射罩开口朝外便于卤素灯管更换,翻转式反射罩结构较大地拓宽了卤素灯管更换的操作空间,节省时间和实验成本。(The invention discloses high-temperature radiation heating equipment for in-situ loading diffraction experiments, which comprises an upper connecting piece, an upper heating unit, a lower heating unit and a lower connecting piece, wherein the upper connecting piece is fixed at the top of the upper heating unit, the lower connecting piece is fixed at the bottom of the lower heating unit, the upper heating unit and the lower heating unit are of the same structure and are mutually fixed, the upper heating unit comprises a shell, a heating assembly and an installation piece, the installation piece is fixed on the shell, the installation piece is provided with a chute and two positioning holes communicated with the chute, the heating assembly comprises a reflecting cover, a halogen lamp tube and a hanging lug, the halogen lamp tube is arranged in the reflecting cover, the hanging lug is fixed outside the reflecting cover, the hanging lug extends into the chute and is accommodated in one positioning hole to enable the heating assembly to be arranged on the shell, the opening of the reflecting cover faces inwards, when the hanging lug, the turnover type reflecting cover structure greatly widens the operation space for replacing the halogen lamp tube, and saves time and experiment cost.)
技术领域
本发明涉及中子衍射领域，尤其是涉及一种用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备。
背景技术
中子衍射在材料研究领域发挥着重大作用，包括分析材料组分、内应力、微观结构等。为了更准确地研究材料性能，高温原位加载衍射实验受到越来越多的关注，其中，力学加载仪通常选用成熟的标准产品，而配套的高温加热设备则常是按需定制，尤其是高温辐射加热设备，需要根据样品大小、力学加载仪尺寸、中子束流传输路径进行设计。高温辐射加热设备主要由卤素灯管和反射罩，配套冷却系统、通气系统等组成。由于中子原位加载衍射实验中样品最高加热温度需要达到1000℃以上，要求卤素灯管具有很高的线功率密度，且一次原位实验通常持续数小时，灯管寿命面临较大考验，实验过程中灯管失效也偶有发生，现有的高温辐射加热设备反射罩是通过螺栓固定于框架上，更换灯管时操作空间受限，耗时较长。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种便于卤素灯管更换的用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备，包括上连接件、上加热单元、下加热单元以及下连接件，所述上连接件固定于所述上加热单元顶部，所述下连接件固定于所述下加热单元底部，所述上加热单元与所述下加热单元结构相同并相互固定，所述上加热单元包括壳体、加热组件以及安装件，所述安装件固定于所述壳体，所述安装件设有滑槽及两与所述滑槽连通的定位孔，所述加热组件包括反射罩、卤素灯管及挂耳，所述卤素灯管安装于所述反射罩内，所述挂耳固定于所述反射罩外部，所述挂耳伸入所述滑槽并收容于一所述定位孔使所述加热组件安装于所述壳体，此时所述反射罩开口朝内，当所述挂耳沿所述滑槽滑动并收容于另一所述定位孔时，所述反射罩开口朝外便于所述卤素灯管更换。
进一步地，所述壳体包括固定板，所述固定板的截面呈三角形，所述加热组件安装于所述固定板的斜边。
进一步地，所述上加热单元包括两加热组件，所述下加热单元包括两加热组件，四所述加热组件关于聚焦位置中心对称。
进一步地，所述反射罩远离所述聚焦位置处设有若干散热孔。
进一步地，所述安装件呈L形。
进一步地，所述定位孔位于所述滑槽的相对两端。
进一步地，所述壳体包括侧板，所述侧板设有开孔，所述开孔呈半圆形，所述上加热单元与所述下加热单元固定使所述上加热单元的开孔与所述下加热单元的开孔合拢形成连接孔，所述连接孔位于所述用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备的相对两侧并与聚焦中心处于同一直线上。
进一步地，所述壳体包括顶壁，所述上连接件包括底座，所述底座固定于所述顶壁。
进一步地，所述上连接件包括固定环，所述固定环固定于所述底座。
进一步地，所述用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备还包括密封围板，所述密封围板安装于所述上加热单元及所述下加热单元，使所述用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备内壁密封，所述密封围板上设有中子束窗以覆盖中子束流传输路径。
相比现有技术，本发明用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备具有以下优点：
(1)设备整体结构简单紧凑、空间占用少，中子束流传输畅通；
(2)该设备由主体加热单元和连接件结构组成，连接件具有可更换性，通过配套不同的连接件结构可匹配不同尺寸的力学加载仪，能较好地简化实验室设备配置以及提高经济性；
(3)翻转式反射罩结构较大地拓宽了卤素灯管更换的操作空间，节省运维时间和实验成本；
(4)采用高刚度材质的弧形密封围板结构，围板中央设有中子透过率高的帯形中子束窗，如铝材窗口，可实现1400℃高温下的真空或惰性气体氛围实验要求；
(5)该高温辐射加热设备可呈适当比例缩小设计，实现X射线同步辐射领域的高温原位加载衍射实验。
附图说明
图1为本发明用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备的立体图；
图2为图1的用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备A处的放大图；
图3为图1的用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备的密封围板的立体图；
图4为图1的用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备的分解图；
图5为图1的用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备的内部结构示意图；
图6为图5的用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备的卤素灯管维护时的示意图。
图中：10、上连接件；11、底座；12、紧固件；13、固定环；20、上加热单元；21、壳体；210、顶壁；2101、固定孔；211、侧板；2110、开孔；212、固定板；22、加热组件；221、反射罩；2210、散热孔；222、卤素灯管；223、挂耳；23、安装件；230、固定端；231、连接端；2310、滑槽；2311、定位孔；30、下加热单元；40、下连接件；50、连接孔；60、密封围板；61、中子束窗。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图6，为本发明一种用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备的一实施例，用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备包括上连接件10、上加热单元20、下加热单元30、下连接件40以及密封围板60。
上连接件10包括底座11、紧固件12以及两固定环13。紧固件12为螺栓。底座11通过紧固件12固定于上加热单元20。两固定环13固定于底座11。固定环13用于与加载仪上下横梁进行固定。由于对称，以上连接件10为例进行说明，上连接件10的底座11两端焊接有两固定环13，其内径与力学加载仪上横梁外径一致，两者过渡配合安装使高温辐射加热设备固定于力学加载仪上。
上加热单元20包括壳体21、两加热组件22以及四安装件23。壳体21包括顶壁210、侧板211以及固定板212。顶壁210呈圆形并设有固定孔2101。顶壁210通过固定孔2101与上连接件10固定。侧板211呈圆弧形。侧板211两侧远离顶壁210一端分别设有开孔2110。开孔2110呈半圆形。固定板212与顶壁210以及侧板211固定。固定板212的截面呈三角形。壳体21整体为对称结构。每一加热组件22包括反射罩221、卤素灯管222以及两挂耳223。反射罩221呈长方体形为中空结构。卤素灯管222安装于反射罩221内。反射罩221靠近卤素灯管222一端设有若干散热孔2210。两挂耳223分别固定于反射罩221外侧两端。反射罩221远离卤素灯管222的一端设有开口。每一安装件23呈L形。安装件23包括固定端230以及连接端231。固定端230与固定板212固定，连接端231设有滑槽2310以及两定位孔2311。两定位孔2311分别位于滑槽2310的两端。每一加热组件22的挂耳223收容于安装件23靠近固定板212的定位孔2311，使加热组件22安装于壳体21。此时加热组件22与固定板212贴合，开口朝内，两加热组件22对称。
下加热单元30的结构与上加热单元20的结构相同。下连接件40与上连接件10的结构相同。密封围板60呈圆弧形。密封围板60中央设有帯形中子束窗61以覆盖中子束流传输路径，其宽度约为10mm，该结构既满足设备整体刚度要求又具有良好的中子透过率。
组装用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备时，上连接件10通过紧固件12固定于上加热单元20的固定孔2101。紧固件12为螺栓。下连接件40通过同样的方式固定于下加热单元30。上加热单元20与下加热单元30之间通过螺栓固定。此时上加热单元20的开孔2110与下加热单元30的开孔2110合拢形成连接孔50。此时四加热组件22关于聚焦位置中心对称。密封围板60与上加热单元20以及下加热单元30密封安装，以实现真空或惰性气体氛围，密封围板60与设备框架的连接方式为螺栓连接。
使用用于原位加载衍射实验的高温辐射加热设备时，上连接件10以及下连接件40上的固定环13分别与加载仪上下横梁进行固定。力学加载仪的加载轴安装于连接孔50并对样品进行夹持，样品通过力学加载仪加载轴夹具夹持住并位于四个加热组件22中心聚焦位置。当需要被安装到另一台力学加载仪时，只需替换相应尺寸的上连接件10和下连接件40即可实现与不同力学加载仪的匹配。以上连接件10为例，具体指改变上连接件10的底座11的厚度以及固定环13的内径尺寸。
当需要更换或维护卤素灯管222时，托起反射罩221使挂耳223沿着L型安装件23的滑槽2310由内侧滑动到外侧，并卡进外侧定位孔2311内，随即翻转反射罩221并调整好角度即可进行卤素灯管222的维护操作，无需对反射罩221进行拆装，节省了时间，同时该方法也较大地拓宽了灯管更换的操作空间。
通过上述设计，设备整体结构简单紧凑、空间占用少，中子束流传输畅通；该设备由主体加热单元和连接件结构组成，连接件具有可更换性，通过配套不同的连接件结构可匹配不同尺寸的力学加载仪，能较好地简化实验室设备配置以及提高经济性；翻转式反射罩221结构较大地拓宽了卤素灯管222更换的操作空间，节省运维时间和实验成本；采用高刚度材质的弧形密封围板60结构，围板中央设有中子透过率高的帯形中子束窗61，如铝材窗口，可实现1400℃高温下的真空或惰性气体氛围实验要求；该高温辐射加热设备可呈适当比例缩小设计，实现X射线同步辐射领域的高温原位加载衍射实验。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。