[发明专利]无容器材料加工系统

摘要

本发明涉及一种无容器材料加工系统，所述系统包括温度控制模块、位置控制模块、物性测量模块、样品加工模块、综合控制模块。本发明空间站无容器材料加工系统，具有良好的地面静电悬浮技术基础，可以每批次加工多个样品，样品的加热温度可达到3000℃；通过模块化、集成化设计，可实现在轨维护、样品更换和功能扩展；能够准确掌握实验的实时状态。结构新颖、通用性好、功能更强、适应面更宽、可满足多种类型材料科学研究需求的新一代材料科学实验系统。可以在地面和空间环境下开展材料无容器深过冷加工和热物性测量。能够在微重力飞机、探空火箭、返回式卫星、空间站等各种空间飞行器开展相关材料科学实验。

主权项

一种无容器材料加工系统，其特征在于，所述系统包括：温度控制模块、位置控制模块、物性测量模块、样品加工模块、综合控制模块；温度控制模块，用于无容器材料加工过程中，采用双波长测温仪或单波长测温仪实现对材料样品的非接触温度测量，采用近红外波段的激光器对悬浮样品实现非接触加热；位置控制模块，与所述温度控制模块相连接，用于无容器材料样品的静电悬浮功能，采用对多个电极施加悬浮电压的方式，形成用于悬浮样品位置控制的可调控电场，实现不同种类材料样品的静电无容器悬浮控制；物性测量模块，与所述温度控制模块和位置控制模块相连接，用于无容器材料样品加工实验过程中热物性测量功能，采用高速相机、热物性辅助测量电极、悬浮样品振荡测量仪、双波长测温仪来实现对样品密度测定、表面张力以及粘度系数的测定、比热·凝固潜热测定和电导率测定；样品加工模块，与所述温度控制模块、位置控制模块和物性测量模块相连接，用于实现对悬浮样品的输送、释放、约束和回收功能，实现对多个材料样品，乃至不同类型的材料样品的深过冷加工与测量；综合控制模块，与所述温度控制模块、位置控制模块、物性测量模块和样品加工模块相结合，采用步进加热、多曲线设定、PID算法、模糊控制方法对悬浮样品的温度加热控制；采用线性、PID算法、位置、模糊控制、加速度方法实现对材料样品的悬浮位置的控制；采用图像处理算法、振荡测量方法实现样品加热过程中的密度、表面张力、粘度系数、电导率热物性测量；采用对悬浮材料样品的送样、释放、约束和回收过程的自动控制和测量方法实现对样品加工过程的控制；通过对悬浮熔融样品的形核触发控制方法实现对材料样品的可控深过冷凝固过程的调整；所述样品加工模块包括：样品室单元、样品盒单元、样品更换机构单元、石英腔更换单元和石英腔盘单元；所述样品盒单元上按圆周均匀放置样品，所述样品盒单元与机械手的位置偏心；所述样品更换机构单元，用于加工所述样品时，启动样品更换机构单元的样品换位电机，把所述样品旋转至机械手的位置，由样品抓取电机带动机械手将样品放至指定位置，然后机械手收回；样品加工完成之后回收所述样品时，机械手运动至样品处，机械手夹住样品，将样品回收至所述样品盒单元中对应的位置处；所述石英腔盘单元，放置有石英腔，所述石英腔位于所述样品的上下电极之间的样品加工位置，所述石英腔一端通过钢套固定，由机械手推至指定位置，机械手不退回，拖着石英腔，机械手收回，石英腔则回至所述石英腔盘单元相应位置；所述石英腔更换单元，用于更换石英腔。