[實用新型]材料相變行為表征用電?熱耦合處理系統

有效

• 申請號: 201621152528.1
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號: CN206223701U
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 張新平;李望云;周敏波
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N25/02
• 分類號: G01N25/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本實用新型涉及材料相變行為表征和時效處理設備領域，具體涉及一種材料相變行為表征用電-熱耦合處理系統。

背景技術

相變是指外界條件連續變化時，物質聚集狀態的改變。相變是材料中的一個重要物理化學現象，了解和掌握相變的特點、規律和影響因素，對于開發和研制新材料、充分發揮現有材料的潛力、評價材料性能退化、判斷材料的失效模式等都有非常重要的參考意義。為了解和掌握材料及由材料組成的構件的相變特點和規律，對其過程行為進行表征顯得尤為重要。目前，大部分已知的材料相變規律是在變溫條件下獲得的，不涉及電流作用。然而現代工業應用中很多金屬、陶瓷、高分子材料和復合材料(如電子產品中的釬料、陶瓷電阻和導電膠等)均是在通電條件下使用，且模擬研究和實驗結果業已表明，通電下金屬、陶瓷、高分子材料和復合材料的相變行為有所改變。換言之，常規變溫條件下所獲知的材料相變特點和規律可能與其在電流作用下的相變行為有所不同。如此，在考慮通電條件下使用材料時，很可能會在材料的選擇、材料壽命評估和材料的失效分析等方面引入較大的差別。可見，材料在電流作用下的相變行為表征極為重要，但迄今為止尚無有效的檢測方法和量化的研究手段及設備。雖然有研究者利用通電后材料中會遺留某些電流作用時的特性這一現象，將通電后的材料在表征常規相變行為的儀器上進行測試，通過所得相變數據來推測通電條件下材料的某些相變行為，但這種方法無法真實、全面地揭示材料在通電條件下的相變特點和規律。

此外，通電下服役的材料除經受由焦耳熱引發的熱作用外，電流的非熱作用往往也會對材料的可靠性造成很大影響。例如，電子產品中的錫基釬料微互連焊點會因電遷移效應而致焊點陰極發生開路失效等。為更好地了解通電下服役材料的組織和性能變化，不僅需要表征其在電流作用時的相變行為，也有必要掌握其在電-熱耦合載荷作用下的組織演化規律。但現有相變行為表征手段難以實現材料在電流作用下相變行為的表征，尤其是無法量化研究電流作用下材料相變的動態行為。

目前已有的電-熱耦合處理設備大多是針對較大尺寸材料而設計，如林名鐘實用新型的“一種壓板電極直接通電加熱的鋼帶熱處理裝置”(中國發明專利申請CN 101979677A)實質是用于鋼帶電-熱耦合處理的裝置，宮崎力實用新型的“齒條的通電加熱裝置”(中國發明專利申請CN 104775016A)實質是用于齒條的電-熱耦合處理裝置，平田雄一等實用新型的“彈簧的通電加熱方法及其裝置”(中國發明專利申請CN 102834530A)實質是用于彈簧電-熱耦合處理方法及其裝置，這些電-熱耦合處理裝置的核心是通過電極與材料的連接，對材料通電實現材料的電-熱耦合處理，因電-熱耦合處理裝置尺寸與電極尺寸(任意一維尺寸大于毫米尺度)均較大，只適用于較大尺寸(任意一維尺寸大于毫米尺度)的材料，難以適用于三維尺度均為毫米或微米尺度的材料，并且無法在這些電-熱耦合處理裝置上進行材料相變行為的表征。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供了一種材料相變行為表征用電-熱耦合處理系統，可促成相變表征儀器的新發展和技術升級，并擴大電-熱耦合處理設備所適用材料的尺度范圍。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種材料相變行為表征用電-熱耦合處理系統，包括供電系統、執行系統、數據采集與控制系統；所述供電系統包括供電電源和連接導線；所述執行系統主要包括差示掃描量熱儀；所述數據采集與控制系統主要包括處理器；

所述差示掃描量熱儀包括測溫熱電偶、熱流信號探測器、微型計算機、保溫構件外套、控溫加熱爐、加熱爐內蓋、加熱爐外蓋、實驗托臺、待測樣品臺和參比樣品臺；試驗材料兩端分別與第一導線銅絲和第二導線銅絲連接，試驗材料緊固在第一陶瓷坩堝內底部，第一陶瓷坩堝放置在待測樣品臺上，第二陶瓷坩堝放置在參比樣品臺上，第二陶瓷坩堝內空白；待測樣品臺和參比樣品臺設置在實驗托臺上，實驗托臺設置在控溫加熱爐底部上，控溫加熱爐設置在保溫構件外套中，控溫加熱爐上依次設有加熱爐內蓋和加熱爐外蓋；加熱爐內蓋和加熱爐外蓋都設有通孔，第一導線銅絲和第二導線銅絲分別穿過加熱爐內蓋和加熱爐外蓋上的通孔與供電電源的正負極引線連接；控溫加熱爐爐腔內設有測溫熱電偶；兩熱流信號探測器分別焊接于待測樣品臺和參比樣品臺頂部內表面；微型計算機分別與測溫熱電偶、熱流信號探測器和處理器連接。