真空加熱觀測實驗平臺設計開發(fā).pdf

1、真空技術以其無污染、無氧化等特點在加熱領域得到了越來越廣泛的應用。目前常見的真空加熱設備大多應用于工業(yè)生產。工業(yè)用設備往往體積龐大，難以搭配高倍顯微鏡對真空加熱過程進行精密監(jiān)測，對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)驗做出定性的估計，難以做出精確的定量判定。為解決此問題，本文研究開發(fā)了真空加熱觀測實驗平臺，主要研究內容包括以下幾個方面。
　　(1)根據(jù)真空加熱觀測實驗平臺技術指標制定整體方案，并對組成該平臺的五個

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

3、結果表明:在額定載荷下，真空腔體底部變形最大，側壁抽氣口開孔處應力最大，真空腔體底部變形量超過技術指標要求。為了減小變形量，本文采用對真空腔體底部進行加厚和布置加強筋的方案對真空腔體底部進行結構優(yōu)化，并對兩種優(yōu)化方案從加工工藝到優(yōu)化效果進行對比，最終選取真空腔底部加厚的方案。對真空腔體側壁結構進行尺寸的參數(shù)化管理，并以真空腔體應力值最小、真空腔體質量最小為目標進行多目標驅動優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結果選取抽氣口管路軸線到真空腔體頂部距離29mm和

4、抽氣口內徑尺寸8mm的最佳尺寸組合。
　　(3)對加工完成的真空加熱觀測實驗平臺各部分進行搭接、安裝，并對組裝完成后的設備進行抽真空試驗和顯微觀測試驗。結果表明:真空加熱觀測實驗平臺能夠在額定時間內達到要求真空度，且放大倍數(shù)、視野范圍均符合技術指標要求。對真空加熱觀測實驗平臺的工作區(qū)域進行了最高工作溫度下的溫度均勻性測量。結果表明:隨著加熱時間的延長升溫速度減慢，加熱30min后工作區(qū)域溫度可以穩(wěn)定在最高設定溫度700℃附近，溫度