真空加熱觀測實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)開發(fā).pdf

1、真空技術(shù)以其無污染、無氧化等特點(diǎn)在加熱領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前常見的真空加熱設(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真空加熱過程進(jìn)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(yàn)做出定性的估計(jì)，難以做出精確的定量判定。為解決此問題，本文研究開發(fā)了真空加熱觀測實(shí)驗(yàn)平臺，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面。
　　(1)根據(jù)真空加熱觀測實(shí)驗(yàn)平臺技術(shù)指標(biāo)制定整體方案，并對組成該平臺的五個

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，對加熱絲的結(jié)構(gòu)和排布進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時設(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，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)壁抽氣口開孔處應(yīng)力最大，真空腔體底部變形量超過技術(shù)指標(biāo)要求。為了減小變形量，本文采用對真空腔體底部進(jìn)行加厚和布置加強(qiáng)筋的方案對真空腔體底部進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對兩種優(yōu)化方案從加工工藝到優(yōu)化效果進(jìn)行對比，最終選取真空腔底部加厚的方案。對真空腔體側(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)對加工完成的真空加熱觀測實(shí)驗(yàn)平臺各部分進(jìn)行搭接、安裝，并對組裝完成后的設(shè)備進(jìn)行抽真空試驗(yàn)和顯微觀測試驗(yàn)。結(jié)果表明:真空加熱觀測實(shí)驗(yàn)平臺能夠在額定時間內(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。對真空加熱觀測實(shí)驗(yàn)平臺的工作區(qū)域進(jìn)行了最高工作溫度下的溫度均勻性測量。結(jié)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(shè)定溫度700℃附近，溫度