[发明专利]一种用于中子小角散射的原位压力加载装置

说明书

技术领域

本发明属于中子小角散射应用中的环境加载技术领域，具体涉及一种用于中子小角散射的原位压力加载装置。本发明配合中子小角散射谱仪使用，能够对薄片样品在力学使役环境下的微观变形、损失和破坏过程进行在线检测，有助于进行材料的力学特性和损失机制研究。

背景技术

中子小角散射技术具有无损检测和深穿透特性，是研究金属的析出相、高分子及生物分子的构型、材料内部掺杂物等材料内部微结构信息的有效方法。利用中子小角散射技术研究材料的力学特性过程为首先使用原位力学加载装置来模拟材料的力学使役环境，再利用中子小角散射谱仪对材料的内部微观结构进行测量。目前，国内中子散（衍）射技术正处于起步阶段，原位环境设备的设计也较少。名称为《一种用于中子衍射技术的原位应力-温度加载装置》的中国专利（专利号：201310032334）公开了一种用于中子衍射技术的原位应力-温度加载装置，该装置的力学加载方向垂直于中子光路。鉴于中子小角散射技术与中子衍射技术原理不同，中子小角散射测量中要求中子束直穿过样品，因此样品在中子束流方向的厚度尺寸比较小，大多为薄片状，因此力学加载方向垂直于中子光路的加载装置不适用于中子小角散射测量应用。

发明内容

为了克服现有技术中力学加载方向垂直于中子光路的加载装置不适用于中子小角散射测量应用的不足，本发明提供一种用于中子小角散射的原位压力加载装置，能够实现压力与中子束流同向的压力加载。

实现本发明的技术方案如下

本发明的用于中子小角散射的原位压力加载装置，其特点是，所述的装置包括动力驱动组件、传动齿轮组件、滚珠丝杠组件、高精度测量组件、夹具组件、固定机架基座组件和屏蔽层。

所述动力驱动组件包括伺服电机、编码器、减速机；所述传动齿轮组件包括主动齿轮、从动齿轮；所述滚珠丝杠组件包括固定螺母、螺旋丝杠；所述高精度测量组件包括圆环状的力学传感器、非接触式位移传感器；所述夹具组件包括夹具、夹具支撑杆、样品包壳，其中夹具包括移动端夹具、固定端夹具；所述固定机架基座组件包括基座、左侧支撑板、右侧支撑板。

其连接关系是，所述的左侧支撑板、右侧支撑板固定在基座两侧，右侧支撑板开设有中子通孔以及伺服电机的固定安装孔。所述的编码器、减速机安装在伺服电机的输出轴上，伺服电机、减速机分别固定在右侧支撑板、左侧支撑板上。所述的主动齿轮、从动齿轮依次安装在左侧支撑板上，主动齿轮与减速机的输出轴相连，主动齿轮与从动齿轮通过轮齿咬合连接。所述的固定螺母与从动齿轮固定连接，螺旋丝杠通过螺纹与固定螺母连接，螺旋丝杠中心轴线上开设有中子通孔。所述的力学传感器的一端与螺旋丝杠固定连接，另一端与夹具支撑杆的一端固定连接，夹具支撑杆的另一端与移动端夹具固定连接，所述夹具支撑杆的中心轴线上设置有中心通孔。非接触式位移传感器的测量端安装在移动端夹具的接触样品的侧面上。固定端夹具与移动端夹具对应设置，固定端夹具与右侧支撑板固定连接，移动端夹具、固定端夹具的中心位置上分别开设有与样品尺寸匹配的样品凹槽，圆筒状的样品包壳套在移动端夹具上。在螺旋丝杠、力学传感器、夹具支撑杆、右侧支撑板的中子通孔内壁均设置有屏蔽层。所述的基座底部设置有螺孔，用于与中子小角散射谱仪的样品台的固定。所述中子通孔的内径大于中子束斑尺寸。

所述的主动齿轮、从动齿轮的传动速比为1:1。

所述的非接触式位移传感器采用电容式位移传感器或挠度计，电容式位移传感器包括第一电容板和第二电容板，第一电容板安装在移动端夹具上，第二电容板安装在固定端夹具上；挠度计的测量探针安装在移动端夹具上。

所述的力学传感器的空心尺寸大于中子束斑尺寸，螺旋丝杠、夹具支撑杆上均开设力学传感器安装螺纹孔。

所述的移动端夹具、固定端夹具为直径相同的圆柱形，直径尺寸为中子束斑直径的3.5倍；样品包壳为圆筒结构，样品包壳内径尺寸与移动端夹具的外径尺寸匹配，能够使得样品包壳在移动端夹具、固定端夹具外环左右移动，样品包壳的宽度尺寸比样品厚度尺寸大两公分。

所述的样品包壳、基座、左侧支撑板、右侧支撑板采用高强度合金材料。

所述的移动端夹具、固定端夹具采用蓝宝石材料制作。

所述屏蔽层的制作材料采用中子吸收材料硼粉、镉、钆中的一种。