真空加熱觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā).pdf

1、真空技術(shù)以其無(wú)污染、無(wú)氧化等特點(diǎn)在加熱領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前常見(jiàn)的真空加熱設(shè)備大多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)用設(shè)備往往體積龐大，難以搭配高倍顯微鏡對(duì)真空加熱過(guò)程進(jìn)行精密監(jiān)測(cè)，對(duì)工件或材料在某一溫度下的變形以及表面形貌變化只能憑借經(jīng)驗(yàn)做出定性的估計(jì)，難以做出精確的定量判定。為解決此問(wèn)題，本文研究開(kāi)發(fā)了真空加熱觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面。
　　(1)根據(jù)真空加熱觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)指標(biāo)制定整體方案，并對(duì)組成該平臺(tái)的五個(gè)

2、部分進(jìn)行逐一設(shè)計(jì)。真空室部分，設(shè)計(jì)了真空腔體結(jié)構(gòu)，計(jì)算了真空腔體壁厚，選取了觀察窗水冷方案并布置了水冷通道。真空泵組部分，設(shè)計(jì)了泵組組合方案，選取了機(jī)械泵與分子泵。真空管路部分，設(shè)計(jì)了連接真空室和泵組的管路。加熱部分采用外熱式加熱，對(duì)加熱絲的結(jié)構(gòu)和排布進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)制作了保溫層和溫控回路。其它部分則選取了隔振平臺(tái)，設(shè)計(jì)定做了高倍顯微鏡。
　　(2)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS Workbench對(duì)真空腔體進(jìn)行有限元分析，仿真

3、結(jié)果表明:在額定載荷下，真空腔體底部變形最大，側(cè)壁抽氣口開(kāi)孔處應(yīng)力最大，真空腔體底部變形量超過(guò)技術(shù)指標(biāo)要求。為了減小變形量，本文采用對(duì)真空腔體底部進(jìn)行加厚和布置加強(qiáng)筋的方案對(duì)真空腔體底部進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對(duì)兩種優(yōu)化方案從加工工藝到優(yōu)化效果進(jìn)行對(duì)比，最終選取真空腔底部加厚的方案。對(duì)真空腔體側(cè)壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸的參數(shù)化管理，并以真空腔體應(yīng)力值最小、真空腔體質(zhì)量最小為目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選取抽氣口管路軸線到真空腔體頂部距離29mm和

4、抽氣口內(nèi)徑尺寸8mm的最佳尺寸組合。
　　(3)對(duì)加工完成的真空加熱觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)各部分進(jìn)行搭接、安裝，并對(duì)組裝完成后的設(shè)備進(jìn)行抽真空試驗(yàn)和顯微觀測(cè)試驗(yàn)。結(jié)果表明:真空加熱觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠在額定時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求真空度，且放大倍數(shù)、視野范圍均符合技術(shù)指標(biāo)要求。對(duì)真空加熱觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的工作區(qū)域進(jìn)行了最高工作溫度下的溫度均勻性測(cè)量。結(jié)果表明:隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)升溫速度減慢，加熱30min后工作區(qū)域溫度可以穩(wěn)定在最高設(shè)定溫度700℃附近，溫度