[发明专利]一种微波辐射效应的SR-CT无损检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波辐射极端条件下材料内部微观特征及其演化的微纳尺度同步辐射CT（“同步辐射CT”简称“SR-CT”）无损检测装置，应用于生物医学材料、航空材料、纳米材料等先进材料在微波辐射效应作用下其微观特征及其演化过程的三维、无损、原位在线观测和分析，是材料科学、物理化学、生物以及无损检测技术等多学科交叉领域中的实验检测平台。

背景技术

微波由于其似光性、穿透性和非电离性等特点，被广泛应用于雷达通信、医学、生物学、工业生产、科学研究以及日常生活等诸多方面。其中，微波在生物医学、工业生产等方面的应用是利用了微波辐射效应能够改变材料内部的微观特征，这些微观特征是决定材料使用性能的本质原因。因此，要深入了解微波辐射效应并掌握该技术在各领域中的应用，必须对微波辐射效应作用下材料内部微观特征及其演化过程进行微纳尺度下的三维、无损、原位在线观测和分析。然而，由于受微波的高温和强辐射等极端条件的制约，采用传统实验观测技术（如扫描电镜、透射电镜等）来对材料内部微观特征及其演化进行三维、无损、原位在线观测存在较大的技术难题，尤其是微波辐射对这些仪器和人体造成的破坏和损害更是增加了检测的技术难度。

SR-CT技术是一种先进的非接触式材料无损检测技术，具有无损检测、实时跟踪和三维观测等诸多优越特性，且其分辨率可达到纳米量级。设计一套材料微波辐射效应的SR-CT无损检测实验平台，能够实现材料在微波辐射作用下对其微观特征及其演化过程进行三维、实时、无损的动态观测和分析，这不仅能够为生物医学材料、航空材料、纳米材料等先进材料的微波辐射效应研究提供有力的实验技术支持，而且也将为其他行业中与微波辐射效应相关的材料内部微观特征探测与表征提供一个良好的检测平台。然而，设计一套该检测装置需要克服诸多技术难题，目前在国际上尚未见到与该检测装置相关的报道。

为实现在高温及微波辐射效应作用下对材料内部微纳尺度结构特征及其演化过程的SR-CT在线观测和微观机理分析，本发明提供一种微波辐射效应的SR-CT无损检测装置。

该装置将在国家大型同步辐射实验平台上进行工作。根据微波技术、同步辐射CT原理（详见“具体实施方式”部分）以及同步辐射实验平台的工作环境，本装置需要解决的问题包括：1）装置结构及其尺寸与同步辐射实验环境的匹配；2）如何在满足同步辐射X光源能够穿过材料的前提下，实现小尺寸材料（微纳米SR-CT技术要求其直径在2mm以内）的有效加热、保温、测温、气氛保护和防止微波泄漏；3）如何实现材料在微纳米同步辐射CT实验过程中的精确定位和连续高精度旋转。下面将对这些问题作简要介绍，并提出相应的技术方案。

发明内容

针对上述技术难题，本发明提出了一种微波辐射效应的SR-CT无损检测装置，包括五部分：X光源及光路、微波辐射系统、保温及测温系统、多维精密位移电控旋转系统和图像采集及重建系统。本发明的改进主要在于微波辐射系统及多维精密位移电控旋转系统两个方面。

第一部分：X光源及光路

如图4所示，X射线由X光源产生，并按照固定的光路传播。

第二部分：微波辐射系统（图3）

微波辐射系统的主要包括以下部件：微波源及微波源保护控制系统、波导、微波辐射腔体。各部件之间通过法兰连接，具体组装方式见图3。

微波源及微波源保护控制系统（图3标号1部分）是微波发生装置，产生微波的频率是2450±50MHz，功率在0～3kW范围内连续可调。

波导（图3标号2部分）是传输微波的装置，本发明中使用的波导均为标准BJ22型，波导长度根据微波源到微波辐射腔体的实际距离设计。

微波辐射腔体（图3标号3至标号15部分）是对材料进行微波辐射的装置，主要由六面金属壁（标号7）包围形成矩形空腔，同时顶面预留微波馈入端口，一个侧面上设计炉门（标号12），与炉门相邻的两个侧面上各有一个通光孔（标号11），与炉门相对的侧面上有一个测温孔（标号8），底面上有一个刚玉柱通孔（标号13）；此外还有调节微波辐射腔体高度的升降底座（标号10）。

第三部分：保温及测温系统

保温及测温系统包括以下部件：双层保温结构、红外测温系统。双层保温结构是减少微波辐射腔体中热量散失的装置，包括紧贴微波辐射腔金属壁的外层保温结构（4、6）和倒扣于微波辐射腔体底部转轴孔上的内层保温结构（如图1所示）；红外测温系统（9）是测量样品温度的装置，位于测温孔（8）外侧；

第四部分：多维精密位移电控旋转系统（如图2所示）