本發(fā)明屬于中子散（衍）射應(yīng)用中的環(huán)境加載技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置。

背景技術(shù)：

中子散（衍）射技術(shù)具有無(wú)損檢測(cè)和深穿透特性，可對(duì)材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部缺陷等特性進(jìn)行直接測(cè)量，而材料的很多特性會(huì)受到所處溫度環(huán)境的影響而發(fā)生變化，為了研究溫度對(duì)材料特性的影響，需要利用原位溫度加載裝置改變被測(cè)樣品的溫度環(huán)境，再使用中子散（衍）射譜儀測(cè)量材料受溫度影響的變化機(jī)制。由于中子測(cè)量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)存在中子、伽瑪射線，為了降低照射劑量，實(shí)驗(yàn)人員往往將多個(gè)樣品放置在樣品臺(tái)上，通過(guò)改變樣品臺(tái)位置切換測(cè)量樣品。而若開(kāi)展多個(gè)樣品的原位溫度實(shí)驗(yàn)，則需要實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)將多個(gè)測(cè)量樣品依次放置于溫度加載腔內(nèi)，增加了實(shí)驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、射線照射風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)較長(zhǎng)的人工操作時(shí)間也造成了中子束流的浪費(fèi)。

目前，中子散（衍）射技術(shù)正處于起步階段，原位環(huán)境設(shè)備的設(shè)計(jì)也較少。中國(guó)專利文獻(xiàn)庫(kù)公開(kāi)了名稱為《一種用于中子衍射技術(shù)的原位應(yīng)力-溫度加載裝置》的中國(guó)專利（專利號(hào)：201310032334）和名稱為《一種用于中子衍射的原位溫度加載裝置》的中國(guó)專利（專利號(hào)：201520986073.2）都涉及用于中子衍射的原位溫度加載裝置，但是，此兩項(xiàng)專利中的原位溫度加載裝置對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行溫度加載時(shí)，都需要實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)更換測(cè)量樣品，兩項(xiàng)專利都不具備自動(dòng)換樣功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置。

本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置，其特點(diǎn)是：所述的裝置包括加熱爐、平移樣品臺(tái)、氣動(dòng)升降支架；所述的加熱爐包括爐體腔體、入射窗口板、出射窗口板、水冷管，所述的平移樣品臺(tái)包括伺服電缸、樣品臺(tái)面、樣品臺(tái)底座，所述的氣動(dòng)升降支架包括升降氣缸、高位置限位開(kāi)關(guān)、低位置限位開(kāi)關(guān)、活動(dòng)支架、升降底座；

所述的爐體腔體上開(kāi)設(shè)中子入射孔、中子出射孔，底部開(kāi)設(shè)樣品裝入孔；其連接關(guān)系是，入射窗口板、出射窗口板依次固定在爐體腔體的中子入射孔、中子出射孔的外部，水冷管安裝在爐體腔體的樣品裝入孔的外部周邊；樣品臺(tái)面固定安裝在伺服電缸上，伺服電缸安裝在樣品臺(tái)底座上，樣品臺(tái)底座安裝在地面上；活動(dòng)支架與升降氣缸的活動(dòng)端連接，高位置限位開(kāi)關(guān)、低位置限位開(kāi)關(guān)從上至下固定安裝在升降氣缸的行程高位置、低位置，升降氣缸安裝在升降底座上； 爐體腔體上部與活動(dòng)支架固定連接，升降底座安裝在伺服電缸側(cè)面的地面上，爐體腔體位于樣品臺(tái)面的正上方。

所述的爐體腔體為一長(zhǎng)方體，內(nèi)部鋪設(shè)加熱絲，并填充保溫纖維材料。

所述的入射窗口板、出射窗口板采用純鋁或藍(lán)寶石制作，中子源為冷中子時(shí)入射窗口板、出射窗口板采用藍(lán)寶石材料制作，中子源為熱中子時(shí)入射窗口板、出射窗口板采用純鋁材料制作。

所述的水冷管選用銅或鋁或不銹鋼材料中的一種，水冷管兩端加工有螺紋，通過(guò)快接接頭與循環(huán)水管連接，在進(jìn)行300℃及以下的高溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，水冷管通過(guò)循環(huán)水管連接到普通水泵上，在進(jìn)行300℃以上的高溫試驗(yàn)時(shí)，水冷管通過(guò)循環(huán)水管連接到帶制冷功能的恒溫水泵上。

所述的樣品臺(tái)面上有N個(gè)樣品固定支架，相鄰樣品固定支架的間距L與爐體腔體的寬度W之間的關(guān)系滿足：L-0.5W≥20mm。

所述的伺服電缸在水平方向平移，平移方向與中子束流垂直，伺服電缸的行程范圍S=N×L。

所述的升降氣缸為單活塞桿氣缸，當(dāng)壓縮氣體進(jìn)入時(shí)，升降氣缸帶動(dòng)活動(dòng)支架上升至活動(dòng)支架觸碰到高位置限位開(kāi)關(guān)后停止；壓縮氣體供給中斷后，升降氣缸帶動(dòng)活動(dòng)支架下降至活動(dòng)支架觸碰到低位置限位開(kāi)關(guān)后停止，爐體腔體底部的水冷管位于樣品臺(tái)面上方的1mm處。

本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置的工作過(guò)程為：

a.升降氣缸接通壓縮氣體，爐體腔體隨升降氣缸上升，進(jìn)而活動(dòng)支架觸碰到高位置限位開(kāi)關(guān)，上升運(yùn)動(dòng)停止；

b.伺服電缸帶動(dòng)樣品臺(tái)面進(jìn)行水平移動(dòng)，使固定在樣品臺(tái)面的其中一個(gè)樣品到達(dá)束流位置后，水平運(yùn)動(dòng)停止；

c.中斷升降氣缸的壓縮氣體，爐體腔體在隨升降氣缸下降，活動(dòng)支架觸碰到低位置限位開(kāi)關(guān)，下降運(yùn)動(dòng)停止，此時(shí)爐體腔體的底部恰好處于樣品臺(tái)面上方1mm位置；

d.加熱爐開(kāi)始對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行加熱，同時(shí)循環(huán)水回路開(kāi)始工作，加熱至設(shè)定溫度后便可進(jìn)行樣品的中子測(cè)量。

對(duì)于多個(gè)樣品的中子散（衍）射高溫實(shí)驗(yàn)，只需重復(fù)上述步驟a-d便可實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置中的加熱爐開(kāi)設(shè)樣品裝入孔，與氣動(dòng)升降支架組件配合使用可完成樣品的加熱爐的自動(dòng)裝載與卸載，針對(duì)多個(gè)樣品的加熱處理和中子測(cè)量實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)樣品的高溫實(shí)驗(yàn)完成需要對(duì)另一個(gè)樣品進(jìn)行加熱處理時(shí)，如果采用人工操作方式，為了避免操作人員燙傷，需要將加熱爐冷卻至室溫才能進(jìn)行，而本發(fā)明中由氣動(dòng)升降機(jī)構(gòu)直接裝卸具有一定溫度的加熱爐，大大縮短了操作時(shí)間。在加熱爐組件和氣動(dòng)升降支架組件配合使用的基礎(chǔ)上，再協(xié)調(diào)平移樣品臺(tái)組件的走位狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)在中子衍射實(shí)驗(yàn)中對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行原位溫度環(huán)境加載和樣品間的自動(dòng)切換，可有效降低實(shí)驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、射線照射風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置具有自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于搭建、性能安全可靠的特點(diǎn)。本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置配合中子散（衍）射譜儀使用，能夠?qū)悠吩跍囟仁挂郗h(huán)境下的微觀變形、相變過(guò)程進(jìn)行在線檢測(cè)，并能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)樣品的自動(dòng)切換測(cè)量功能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖（主視圖）；

圖2為本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖（右視圖）；

圖3為本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置中的爐體腔體的結(jié)構(gòu)示意圖（主視圖）；

圖4為本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置中的爐體腔體的結(jié)構(gòu)示意圖（仰視圖）。

圖中，1.爐體腔體 2.入射窗口板 3.出射窗口板 4.水冷管 5.伺服電缸 6.樣品臺(tái)面 7. 升降氣缸 8.高位置限位開(kāi)關(guān) 9.低位置限位開(kāi)關(guān) 10.活動(dòng)支架 11.升降底座 12.樣品臺(tái)底座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1-4所示，本發(fā)明的用于中子散射實(shí)驗(yàn)的溫度加載裝置包括加熱爐、平移樣品臺(tái)、氣動(dòng)升降支架；所述的加熱爐包括爐體腔體1、入射窗口板2、出射窗口板3、水冷管4，所述的平移樣品臺(tái)包括伺服電缸5、樣品臺(tái)面6、樣品臺(tái)底座12，所述的氣動(dòng)升降支架包括升降氣缸7、高位置限位開(kāi)關(guān)8、低位置限位開(kāi)關(guān)9、活動(dòng)支架10、升降底座11；所述的爐體腔體1上開(kāi)設(shè)中子入射孔、中子出射孔，底部開(kāi)設(shè)樣品裝入孔；其連接關(guān)系是，入射窗口板2、出射窗口板3依次固定在爐體腔體1的中子入射孔、中子出射孔的外部，水冷管4安裝在爐體腔體1的樣品裝入孔的外部周邊；樣品臺(tái)面6固定安裝在伺服電缸5上，伺服電缸5安裝在樣品臺(tái)底座12上，樣品臺(tái)底座12安裝在地面上；活動(dòng)支架10與升降氣缸7的活動(dòng)端連接，高位置限位開(kāi)關(guān)8、低位置限位開(kāi)關(guān)9從上至下固定安裝在升降氣缸7的行程高位置、低位置，升降氣缸7安裝在升降底座11上； 爐體腔體1上部與活動(dòng)支架10固定連接，升降底座11安裝在伺服電缸5側(cè)面的地面上，爐體腔體1位于樣品臺(tái)面6的正上方。

所述的爐體腔體1為一長(zhǎng)方體，寬為120mm，內(nèi)部鋪設(shè)加熱絲，并填充保溫纖維材料。

所述的入射窗口板2、出射窗口板3采用2mm厚的純鋁制作。

所述的水冷管4選用鋁制材料，水冷管4兩端加工為螺紋狀，兩端安裝快接接頭，4通過(guò)循環(huán)水管連接到普通水泵上。

所述的樣品臺(tái)面6上有五個(gè)樣品固定支架，相鄰固定支架的間距80mm。

所述的伺服電缸5能夠進(jìn)行水平方向平移，平移方向與中子束流垂直，伺服電缸5的行程范圍為400mm。

所述的升降氣缸7為單活塞桿氣缸，當(dāng)壓縮氣體進(jìn)入時(shí)，升降氣缸7帶動(dòng)活動(dòng)支架10上升，活動(dòng)支架10觸碰到高位置限位開(kāi)關(guān)8后停止運(yùn)動(dòng)，爐體腔體1上升到高位置，伺服電缸5帶動(dòng)樣品臺(tái)面6及被測(cè)樣品進(jìn)行自由平移運(yùn)動(dòng)；壓縮氣體供給中斷后，升降氣缸7帶動(dòng)活動(dòng)支架10下降至活動(dòng)支架10觸碰到低位置限位開(kāi)關(guān)9后停止，爐體腔體1下降至低位置，爐體腔體1底部的水冷管4位于樣品臺(tái)面6上方的1mm處，爐體腔體1對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行加熱。

經(jīng)過(guò)上述實(shí)施后，本發(fā)明可在熱中子衍射譜儀上開(kāi)展中子衍射原位溫度環(huán)境下的中子測(cè)量實(shí)驗(yàn)，加載最高溫度為300度，一次可進(jìn)行五個(gè)樣品臺(tái)的自動(dòng)測(cè)量。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的入射窗口板2、出射窗口板3的材料選用藍(lán)寶石材質(zhì)，所述的水冷管4采用銅質(zhì)材料，兩端通過(guò)循環(huán)水管連接到帶制冷功能的恒溫水泵上，所述的樣品臺(tái)面6上面設(shè)置八個(gè)樣品固定支架，所述的伺服電缸5的行程范圍為720mm。

經(jīng)上述實(shí)施后，本發(fā)明可在冷中子衍射譜儀上開(kāi)展中子衍射原位溫度環(huán)境下的中子測(cè)量實(shí)驗(yàn)，加載最高溫度為1000度，一次可進(jìn)行八個(gè)樣品臺(tái)的自動(dòng)測(cè)量。