一种高温炉及同步辐射X射线下原位力学加载系统

一种高温炉及同步辐射x射线下原位力学加载系统
技术领域
1.本实用新型涉及高温炉技术领域，具体涉及一种高温炉及同步辐射x射线下原位力学加载系统。


背景技术：

2.本实用新型对于背景技术的描述属于与本实用新型相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本实用新型的

技术实现要素：
，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本实用新型在首次提出申请的申请日的现有技术。
3.随着结构材料的发展，聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料等材料，被广泛地应用于航空航天、建筑、汽车等行业。然而在实际服役环境中，材料可能会受到高温载荷的作用。一方面，材料的内部结构会随着温度的变化而变化，如随着温度的升高，聚合物基复合材料的基体会经历玻璃态、似革态、橡胶态、热解态等的变化。另一方面，复合材料的力学性能及其失效行为与其内部结构紧密相关。但在传统的带摄像的高温力学性能测试中，通过光学相机摄像仅能获取材料表面形貌随温度及载荷的变化情况。
4.现有的实验装置在材料在高温力学加载作用下，无法表征材料内部微细观结构的演化，而x射线具有穿透能力，能够提供内部的微细观结构，常被用于医学上。相较于传统的力学试验机，同步辐射x射线下的原位加载实验所用的力学试验机的空间有限，且力学加载所用的夹具还要占一定的空间，因而会进一步限制高温炉的尺寸。如上海同步辐射x光源bl13hb1-x射线成像及生物医学应用光纤束/实验站所用的力学试验机，其上、下夹具固定位置之间的最大间距约为250mm，因而高温炉、高温夹具可以设计的空间会更小，如何在有限的空间内合理的设计高温炉及高温力学夹具，使材料在高温力学加载作用下，还能表征材料内部微细观结构的演化。
实用新型内容
5.本实用新型的目的在于提供一种高温炉及同步辐射x射线下原位力学加载系统，以解决现有材料在高温力学加载作用下，难以表征材料内部微细观结构的演化的问题。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种高温炉，其包括底座、对开炉体以及设置在对开炉体中的加热元件；对开炉体包括相互连通并设有试样窗口的左炉体和右炉体，左炉体和右炉体滑动设置在底座上，并且左炉体和右炉体分别设置有加热元件；左炉体和右炉体的闭合处纵向设有力学夹具通道，左炉体和右炉体的轴向分别设有与力学夹具通道连通的x射线通道。
8.采用上述技术方案的有益效果为：将力学夹具安装在力学试验机上，滑动左炉体和右炉体，使力学夹具卡设在力学夹具通道中，此时左炉体和右炉体的x射线通道分别位于力学夹具的两侧；打开左炉体和右炉体的试样窗口，用镊子夹取试件并将试件放置在力学夹具的中心，左炉体和右炉体的x射线通道均能看到试件；加热元件工作时炉体升温，当达到目标温度后，进行相应温度下的力学测试及同步辐射x射线扫描工作，从而可以获得材料
在不同温度下及不同应变水平下的内部形貌。
9.本技术方案的炉体为对开炉体，可以根据力学夹具的设置位置和大小，调节左炉体和右炉体的闭合位置，实用灵活，并且根据力学夹具和使用需求，对开炉体还设置有力学夹具通道，使炉体可以较为密封地夹持住力学夹具，设置x射线通道使x射线可以照射入炉体中，x射线可以获取材料的内部微细观结构及裂纹的扩展情况，使试件在高温力学加载作用下，还能通过x射线表征材料内部微细观结构的演化。
10.进一步地，左炉体和右炉体分别设置有左炉膛和右炉膛，左炉膛和右炉膛相互连通；加热元件设置在相对应的炉膛中，并且加热元件的两端分别伸出相对应的炉体；x射线通道通过相对应的炉膛与力学夹具通道连通。
11.采用上述技术方案的有益效果为：力学夹具纵向贯穿左炉膛和右炉膛，使试件处于较为密封的状态，有利于加热元件产生的热量集中作用于试件，避免热量扩散。
12.进一步地，右炉膛设有凸台，左炉膛设有用于嵌设凸台的凹槽。
13.采用上述技术方案的有益效果为：当对开炉体需要闭合时，移动左炉体和右炉体，使凸台嵌设在凹槽中，由于左炉体和右炉体闭合后，闭合处会存在一定的缝隙，将左炉膛和右炉膛设置为此种交错闭合的结构，可以确保左炉体和右炉体闭合后相对应的炉膛相互连通，提高了炉膛内的密封性，可以延长传热路径，减少炉膛内部的热量损失。
14.进一步地，右炉膛设有用于检测炉膛内温度的热电偶。
15.进一步地，加热元件的两端分别通过接线柱与外部电源电连接。
16.进一步地，底座设有滑轨，左炉体和右炉体的底部分别设有嵌设在滑轨中的滑动导座，并且滑动导座上设有锁紧螺栓，锁紧螺栓的底部与滑轨的侧壁连接。
17.进一步地，左炉体和右炉体的一端相互连通，左炉体和右炉体的另一端分别设有密封壁；左炉体和右炉体的顶部、密封壁和底部分别设有用于降低炉体表面温度的冷水板。
18.采用上述技术方案的有益效果为：冷水板外接有水源，高温炉在加热前通循环水，用于降低加热过程中炉体表面的温度。
19.进一步地，对开炉体的顶部和底部靠近力学夹具通道的位置分别设有隔热板，隔热板的两端分别相对应的炉体连接。
20.采用上述技术方案的有益效果为：由于炉体要升温，炉内热量从取放试样窗口溢出，设置隔热板可以在一定程度上减少炉内热量外泄对力学试验机的影响。
21.一种同步辐射x射线下原位力学加载系统，采用上述的高温炉。
22.本实用新型具有以下有益效果：
23.(1)本实用新型的炉体为对开炉体，可以根据力学夹具的设置位置和大小，调节左炉体和右炉体的闭合位置，实用灵活，并且根据力学夹具和使用需求，对开炉体还设置有力学夹具通道，使炉体可以较为密封地夹持住力学夹具，设置x射线通道使x射线可以照射入炉体中，x射线可以获取材料的内部微细观结构及裂纹的扩展情况，使试件在高温力学加载作用下，还能通过x射线表征材料内部微细观结构的演化。
24.(2)本实用新型的力学夹具纵向贯穿左炉膛和右炉膛，使试件处于较为密封的状态，有利于加热元件产生的热量集中作用于试件，避免热量扩散。
25.(3)本实用新型的冷水板外接有水源，高温炉在加热前通循环水，用于降低加热过程中炉体表面的温度。
附图说明
26.图1为本实用新型高温炉的结构示意图。
27.图2为本实用新型高温炉的打开状态时的结构示意图。
28.图3为本实用新型高温炉的正视意图。
29.图4为本实用新型高温炉的俯视示意图。
30.图5为本实用新型的热电偶的结构示意图。
31.图中：1-底座；101-滑轨；102-滑动导座；103-锁紧螺栓；2-加热元件；301-左炉体；302-右炉体；4-力学夹具通道；5-x射线通道；601-左炉膛；602-右炉膛；701-凸台；702-凹槽；8-热电偶；9-接线柱；10-试样窗口；11-冷水板；12-隔热板。
具体实施方式
32.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
33.请参照图1和图2，一种高温炉，其包括底座1、对开炉体以及设置在对开炉体中的加热元件2；对开炉体包括相互连通并设有试样窗口10的左炉体301和右炉体302，左炉体301和右炉体302滑动设置底座1上，并且左炉体301和右炉体302分别设置有加热元件2；左炉体301和右炉体302的闭合处纵向设有力学夹具通道4，左炉体301和右炉体302的轴向分别设有与力学夹具通道4连通的x射线通道5。将力学夹具安装在力学试验机上，滑动左炉体301和右炉体302，使力学夹具卡设在力学夹具通道4中，此时左炉体301和右炉体302的x射线通道5分别位于力学夹具的两侧；打开左炉体301和右炉体302的试样窗口10，用镊子夹取试件并将试件放置在力学夹具的中心，左炉体301和右炉体302的x射线通道5均能看到试件；加热元件2工作时炉体升温，当达到目标温度后，进行相应温度下的力学测试及同步辐射x射线扫描工作，从而可以获得材料在不同温度下及不同应变(载荷)水平下的内部形貌。本实用新型的炉体为对开炉体，可以根据力学夹具的设置位置和大小，调节左炉体301和右炉体302的闭合位置，实用灵活，并且根据力学夹具和使用需求，对开炉体还设置有力学夹具通道4，使炉体可以较为密封地夹持住力学夹具，设置x射线通道5使x射线可以照射入炉体中，x射线可以获取材料的内部微细观结构及裂纹的扩展情况，使试件在高温力学加载作用下，还能通过x射线表征材料内部微细观结构的演化。
34.请参照图1至图3，底座1设有滑轨101，滑轨101由两条相互平行设置的轨道组成，滑轨101中设有滑槽。左炉体301和右炉体302的底部分别设有嵌设在滑轨101中的滑动导座102，滑动导座102的底部嵌设在滑轨101的滑槽中，并且滑动导座102上设有锁紧螺栓103，锁紧螺栓103沿滑轨101的轴向垂直设置。当左炉体301和右炉体302移动到所需位置后，拧紧锁紧螺栓103，锁紧螺栓103的底部抵住滑轨101滑槽的内壁，从而实现锁住炉体的作用；当需要移动左炉体301右炉体302时，拧松锁紧螺栓103，左炉体301和右炉体302即可实现在滑轨101上移动。
35.请参照图5，左炉体301和右炉体302均包括的顶壁、底壁、前壁、后壁和密封壁，使得左炉体301和右炉体302为一侧开口的结构，左炉体301和右炉体302的开口之间实现闭合，远离开口的一端为密封壁。左炉体301和右炉体302中分别设置有左炉膛601和右炉膛602，左炉膛601和右炉膛602相互连通，左炉膛601和右炉膛602的体积比相对应的炉体的体
积小很多，右炉膛602设有凸台701，左炉膛601设有用于嵌设凸台701的凹槽702。当对开炉体需要闭合时，移动左炉体301和右炉体302，使凸台701嵌设在凹槽702中，由于左炉体301和右炉体302闭合后，闭合处会存在一定的缝隙，将左炉膛601和右炉膛602设置为此种交错闭合的结构，可以确保左炉体301和右炉体302闭合后相对应的炉膛相互连通，提高了炉膛内的密封性，可以延长传热路径，减少炉膛内部的热量损失。左炉体301和右炉体302中分别设置有加热元件2，加热元件2可以是加热棒或者加热管，加热元件2的两端分别伸出前壁和后壁，加热元件2的两端分别通过接线柱9与外部电源电连接，也即左炉体301的前壁和后壁、右炉体302的前壁和后壁分别连接有接线柱9，在本实施例中加热元件2两端的接线柱9分别通过导线与加热元件2连接，接线柱9通过安装板与相对应的壁连接。
36.左炉体301和右炉体302的开口端中部分别设有半圆形通孔，使得左炉体301和右炉体302闭合后形成力学夹具通道4，左炉体301和右炉体302的密封壁分别设有圆形通孔，该圆形通孔为x射线通道5，x射线通道5横向贯穿相对应的炉体并与相对应的炉膛连通。通过此种方式，x射线通道5和力学夹具通道4相互垂直，力学夹具纵向贯穿左炉膛601和右炉膛602，使试件处于较为密封的状态，有利于加热元件2产生的热量集中作用于试件，避免热量扩散。右炉膛602设有用于检测炉膛内温度的热电偶8，热电偶8的检测端分别穿过相对应的后壁，在其他实施例中，根据实验需求，左炉膛601内可以再设置一个热电偶8，还可以在左炉膛601和右炉膛602中分别设置多个热电偶8。
37.请参照图1和图4，左炉体301和右炉体302的顶壁、底壁、密封壁分别设有冷水板11，冷水板11外接有水源，高温炉在加热前通循环水，用于降低加热过程中炉体表面的温度。左炉体301和右炉体302的顶壁还设置有隔热板12，在本实施例中，顶壁和底壁的冷水板11分别设有嵌设槽，隔热板12嵌设在嵌设槽中。由于炉体要升温，设置隔热板12可以减少炉内热量外泄对力学试验机的影响。左炉体301和右炉体302的前壁设有试样窗口10样窗口10与相对应的炉膛连通，试样窗口10可以打开后取放试件，用于观测试样的表面形态，还可以通过保温堵填充，从而减少热量的流失。
38.值得说明的是，本实用新型应用于试验空间有限的场所，加热元件2、接线柱9和隔热板12均与相对应的炉体可拆卸连接，使用更为灵活方便。
39.一种同步辐射x射线下原位力学加载系统，采用上述的高温炉。
40.高温炉的使用过程：1)将对开炉体放置在力学试验机的横撑面面，拧松锁紧螺栓103，左炉体301和右炉体302在滑轨101中滑动，当力学夹具分别与左炉体301和右炉体302接触，拧紧锁紧螺栓103，使力学夹具卡设在力学夹具通道4中；2)用镊子夹取试件并将试件放置在力学夹具上，x射线通道5照射在试件上，加热元件2工作，炉内温度升高，进行相应温度下的力学测试及同步辐射x射线扫描工作；3)在此过程中，冷水板11对左炉体301和右炉体302的表面进行降温。
41.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。