一種實時無損檢測與定量調控材料微波制備過程的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種對微波制備過程材料內部微觀結構特征及演化進行檢測與調控的裝置,尤其涉及一種實時無損檢測與定量調控材料微波制備過程的裝置。
【背景技術】
[0002]微波由于其似光性、傳統性和非電離性等特點,被廣泛應用于雷達通信、生物醫學、工業生產、科學研宄以及日常生活等諸多方面。其中,微波在工業生產、材料制備等方面應用是利用了微波輻射能夠改變材料內部的微觀結構特征,而這些微觀特征是決定材料使用性能的本質原因。因此,為了利用微波制備更多性能優異的新材料,必須對微波制備過程中材料內部微觀結構特征及其演化過程進行實時無損檢測與定量調控。
[0003]傳統的微波制備方法和裝置(如微波箱式爐、隧道式微波干燥機等)利用了微波場中材料因介質損耗而發熱的原理,屬于微波“熱效應”的應用。研宄表明,除了熱效應以夕卜,還存在一些微波“非熱效應”,即微波電磁場直接作用于材料的內部微觀結構,最終對制備的材料性能產生影響。為了使材料具有符合設計要求的結構和性能,必須綜合考慮熱效應與非熱效應的作用,對制備過程中微波電磁場的參數(如電磁場的強度、方向等)進行精確的調節控制。要實現該目的就需要一套參數定量可控的微波裝置。經調研發現,利用微波單模諧振系統,使微波在諧振腔體中發生單模式(如TE103模式)諧振時,場型分布簡單清晰,電、磁方向明確,強度大小可調。因此,微波單模腔系統是解決定量調控微波制備過程的有效途徑。
[0004]對微波制備過程進行定量調控的依據是材料的內部微觀結構特征,因此需要尋求合適的材料微觀結構檢測方法。受微波制備過程中高溫和強輻射等極端條件的制約,采用傳統的實驗檢測技術(如掃描電鏡、透射電鏡等)來對材料內部微觀結構特征及其演化進行實時無損檢測存在較大的技術難題,尤其是微波輻射對檢測儀器和人體造成的破壞和損害更增加了檢測的技術難度。
[0005]SR-CT (同步輻射CT)技術是一種先進的非接觸式的材料無損檢測技術,具有無損檢測、實時跟蹤和三維成像等諸多優越特性,且其空間分辨率可達納米量級,將為微波制備過程中材料內部微觀結構特征及其演化的實時無損檢測提供有力的實驗技術支持。
[0006]現有技術中還沒有一種基于微波單模諧振腔系統和SR-CT技術對材料的微波制備過程進行實時無損檢測和定量調控的裝置,存在的技術問題包括:1)如何產生單模式諧振微波并對其參數進行調控;2)如何實現材料在微納米SR-CT實驗過程中的精確定位和連續高精度旋轉。3)如何實現高溫強輻射環境中精確測溫。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種結構簡單、精度高的實時無損檢測與定量調控材料微波制備過程的裝置。
[0008]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0009]本實用新型的實時無損檢測與定量調控材料微波制備過程的裝置,包括依次連接的微波源及其控制系統、雙定向耦合器、三螺釘調配器、微波單模諧振腔、短路活塞;
[0010]所述微波單模諧振腔由四面金屬壁包圍形成矩形空腔,其上部設有頂面窗口、兩側面設有通光孔、下面設有轉軸孔,所述轉軸孔連接有精密八軸位移旋轉系統,所述頂面窗口設有頂蓋,所述頂蓋設有測溫孔,所述轉軸孔、通光孔和測溫孔均設有截至波導;
[0011]所述雙定向耦合器設有微安電流表;
[0012]一側的通光孔設有X光源、另一側的通光孔設有圖像采集裝置,所述圖像采集裝置連接有圖像反演重建系統。
[0013]由上述本實用新型提供的技術方案可以看出,本實用新型實施例提供的實時無損檢測與定量調控材料微波制備過程的裝置,可有效克服傳統實驗觀測技術的缺點,實現在高溫、微波輻射等極端外場作用下,對生物材料、航空材料、納米材料等先進材料的微納尺度結構形貌及其演化進行三維、無損、原位在線的觀測和分析。該裝置可以在大型同步輻射實驗平臺上進行工作。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例提供的實時無損檢測與定量調控材料微波制備過程的裝置的結構示意總圖;
[0015]圖2為本實用新型實施例中微波單模諧振腔內TE103模式微波電磁場分布示意圖;
[0016]圖3a為本實用新型實施例中精密八軸位移旋轉系統的俯視結構示意圖;
[0017]圖3b為本實用新型實施例中精密八軸位移旋轉系統的立體結構示意圖;
[0018]圖3c為本實用新型實施例中精密八軸位移旋轉系統的正視結構示意圖;
[0019]圖3d為本實用新型實施例中精密八軸位移旋轉系統的側視結構示意圖;
[0020]圖4為本實用新型實施例中微波單模諧振腔的結構示意圖。
[0021]圖中:
[0022]1.微波源及微波源控制系統,2.雙定向耦合器,3.三螺釘調配器,4.微波單模諧振腔,5.短路活塞,6.精密八軸位移旋轉系統,7.ZA10A-W2型升降臺,8、9.XAlOA-Rl型平移臺兩臺,10、11.SA07A-RM/RB 型傾斜臺兩臺,12.RA05A-W 型旋轉臺一臺,13、14.XA04A-R101平移臺兩臺,15.通光孔,16.轉軸孔,17.頂面窗口。
【具體實施方式】
[0023]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0024]本實用新型的實時無損檢測與定量調控材料微波制備過程的裝置,其較佳的【具體實施方式】是:
[0025]包括依次連接的微波源及其控制系統、雙定向耦合器、三螺釘調配器、微波單模諧振腔、短路活塞;
[0026]所述微波單模諧振腔由四面金屬壁包圍形成矩形空腔,其上部設有頂面窗口、兩側面設有通光孔、下面設有轉軸孔,所述轉軸孔連接有精密八軸位移旋轉系統,所述頂面窗口設有頂蓋,所述頂蓋設有測溫孔,所述轉軸孔、通光孔和測溫孔均設有截至波導;
[0027]所述雙定向耦合器設有微安電流表;
[0028]一側的通光孔設有X光源、另一側的通光孔設有圖像采集裝置,所述圖像采集裝置連接有圖像反演重建系統。
[0029]所述測溫孔設有紅外測溫裝置,所述微波單模諧振腔及截至波導的外壁設有保溫裝置和冷卻裝置。
[0030]所述精密八軸位移旋轉系統包括四個位移臺、兩個傾斜臺、一個升降臺、一個旋轉臺、轉接裝置及旋轉軸;
[0031]所述四個位移臺分為兩組,每組兩個相互垂直安裝,兩個傾斜臺相互垂直安裝。
[0032]所述轉接裝置的下方連接所述位移臺、上方連接所述旋轉軸,所述旋轉軸裝入所述轉軸孔中,所述旋轉軸的上方放置樣品。
[0033]所述三螺釘調配器的上壁設有調節三個螺釘。
[0034]所述微波源及其控制系統與所述雙定向耦合器之間設有波導、環形器及水負載,所述波導為矩形波導。
[0035]所述微波源及其控制系統和所述短路活塞的下部設有支撐裝置。
[0036]本實用新型的實時無損檢測和定量調控微波制備過程的裝置,包括五部分:X光源及光路、微波單模諧振腔系統、溫度控制系統、精密八軸位移旋轉系統和圖像采集及重建系統。本實用新型的改進主要在于將SR-CT無損檢測技術和微波單模諧振定量調控技術結合起來,而精密八軸位移旋轉系統和單模諧振腔系統分別是兩種技術的核心。
[0037]第一部分:X光源及光路,X射線由X光源產生,并按照固定的光路傳播。
[0038]第二部分:微波單模諧振腔系統;
[0039]如圖1、圖2所示,微波單模諧振腔系統主要包括以下部件(按照微波發生和傳播路徑):微波源及微波源控制系統、波導、環形器及水負載、雙定向耦合器及微安電流表、三螺釘調配器、單模諧振腔、短路活塞、支撐裝置。微波源及微波源控制系統是微波發生裝置,可以產生頻率是2450 ± 50MHz、功率在O?3kW范圍內的微波。
[0040]波導是微波傳輸元件,本實用新型包含的波導均為矩形波導,端口均為BJ22型(中國國家標準)。
[0041]雙定向耦合器是微波功率檢測元件,工作時分別將入射微波和反射微波的功率轉化為電流信號,并用微安電流表顯示。電流表示數將作為微波調諧過程的依據。
[0042]三螺釘調配器是微波調諧元件,通過調節三個螺釘的插入深度減小微波反射功率,使盡量多的微波能量進入微波諧振腔中。
[0043]單模諧振腔是微波發生TE103模式諧振并對材料進行微波輻射的裝置。諧振腔由四面金屬壁包圍形成矩形空腔,橫截面大小與BJ22型波導相同,長度為222mm。前后側面上各有一個直徑為15mm的通光孔,以使X射線通過;底面上有一個直徑為20mm的轉軸孔,以使石英柱插入;頂面上有一個邊長為50mm的正方形窗口,用于取放樣品;用一個頂蓋封閉頂面窗口,頂蓋上有一個直徑為25mm的測溫孔。每個孔的外部連接一段長度為50mm、直徑與孔相同的截止波導,防止微波泄漏。
[0044]短路活塞是微波全反射元件。其作用是將微波能量全部反射,在單模諧振腔中與入射微波疊加形成駐波。駐波波腹與波節的位置可以隨著活塞位置的移動而改變,達到調節