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原文传递低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统

专利名称：	低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统
摘要：	本发明涉及一种低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，属于制冷技术领域。包括制冷蒸汽发生单元、真空/氛围腔室单元、低温氛围制冷腔室单元、压入深度在线溯源单元和微纳米压痕加载与检测单元。本发明以低温氛围制冷腔室单元为基础，结合制冷蒸汽发生单元、真空/氛围腔室单元，实现非真空氛围制冷环境的构建，通过这种方式对样品与压头同时制冷，以削弱“温漂”对压痕测试精度的影响。同时能够兼容压入深度在线溯源单元，用于实现低温环境下压入深度的精密测量以及微纳米压痕加载与检测单元压入深度传感器的在线溯源校准等功能扩展，为开发研制低温微纳米压痕测试系统提供稳态的低温加载环境。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	赵宏伟;赵运来;赵久成;常枭;王文阳;候伟光;王赵鑫;刘鹏;张建海;王顺博;周水龙;李聪;张萌;王吉如
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910789670.9
公开号：	CN110470555A
代理机构：	吉林长春新纪元专利代理有限责任公司
代理人：	王怡敏
分类号：	G01N3/54(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	130000 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：包括制冷蒸汽发生单元、真空/氛围腔室单元、低温氛围制冷腔室单元、压入深度在线溯源单元和微纳米压痕加载与检测单元（1）；其中，微纳米压痕加载与检测单元（1）与低温氛围制冷腔室单元整体置于真空/氛围腔室单元内，通过惰性气体置换排尽整个空间内的水蒸气，保证真空/氛围腔室内处于惰性气体氛围；制冷蒸汽发生单元的制冷气体连续控温喷口（38）经由真空/氛围腔室单元腔壁的制冷气体输入接口（33）利用金属软管（37）向低温氛围制冷腔室单元内泵入制冷气体实现制冷；低温氛围制冷腔室单元内的测温元件、压电驱动平台和激光探头线缆经由电气/光纤接口（31）通过连接线缆（29）与控制器及工控机（30）相连。 2.根据权利要求1所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的低温氛围制冷腔室单元是：样品利用低温清漆粘接在样品台（130）上，进而固连在双层压电驱动平台（129）上；通过中空的导热支撑柱（10）对Z向高度进行补偿并通过楔槽安装结构（11）固连在热沉（17）底部，其中热沉（17）内侧间隔均匀的焊接液氮盘管II（14），保证热沉（17）制冷温度维持恒定并通过接触传热对样品台（130）上的样品进行制冷，同时液氮盘管II（14）回转线与双层压电驱动平台移动空间（9）不相交，避免产生运动干涉；热沉（17）外侧同时设计有盘绕焊接液氮盘管I（13）的冷屏（15），通过绝热支撑结构（12）将热沉（17）和冷屏（15）安装固定在低温氛围制冷腔体（5）上。 3.根据权利要求2所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的低温氛围制冷腔体（5）由低温氛围制冷腔体衬底支撑结构（8）、硬质聚氨酯泡沫隔热材料（52）、低温氛围制冷腔体不锈钢外罩（51）、低温氛围制冷腔盖（7）和密封圈（16）组成，采用堆积绝热方式隔热保温减少制冷量的漏热；低温氛围制冷腔体不锈钢外罩（51）通过法兰固定安装在真空/氛围腔室（32）大理石台上，并设计有液氮盘管出入接口法兰（2）、双层压电驱动平台低温真空引线接口法兰（3）、低温测温元件弱电信号引线接口法兰（4）和激光干涉仪探头低温真空光纤接口法兰（6），液氮盘管出入接口法兰（2）设计有安全阀和液氮流通回路的流入/流出快插低温接口。 4.根据权利要求2所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的热沉（17）所焊接的液氮盘管I（13）、冷屏（15）所焊接的液氮盘管II（14），盘管截面形状为“回”字形或六边形。 5.根据权利要求3所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的低温氛围制冷腔盖（7）与热沉（17）的接合处采用长凸缘结构设计，通过与压杆间隙配合的通孔（18）结构减少热沉（17）内部制冷氮气的泄露量。 6.根据权利要求2所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的绝热支撑结构（12）主体结构采用玻璃钢支撑套筒（123），并通过三层内外过盈配合的硬铝法兰I（121）、硬铝法兰II（125）、硬铝圆盘I（126）、硬铝法兰III（127）、硬铝圆盘II（128）与楔槽安装结构（11）、热沉（17）、冷屏（15）、低温氛围制冷腔体衬底支撑结构（8）刚性连接；玻璃钢支撑套筒（123）筒内的硬铝法兰I（121）、硬铝圆盘I（126）、硬铝圆盘II（128）通过多层绝热圆筒I（122）、多层绝热圆筒II（124）互相接触同时保证隔热效果优异。 7.根据权利要求1所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的压入深度在线溯源单元是：激光干涉仪探头（20）通过紧固螺钉（23）固连在套筒（19）上，并由套筒（19）端部螺纹与探头安装支架（22）相连，其中探头安装支架（22）经由连接板（39）通过楔槽安装结构（11）固连在热沉（17）底部的双层压电驱动平台（129）上。 8.根据权利要求1所述的低温微纳米压痕测试系统的非真空氛围式制冷系统，其特征在于：所述的制冷蒸汽发生单元是：压缩氮气罐（28）经由减压阀（34）对液氮存储罐（27）提供连续可调的压力，并利用串联在液氮传输管线（35）中的电磁阀（36）为双层杜瓦罐（26）中的液氮区域提供充足液氮，并设计有安全阀（25）保证内部压力恒定；通过双层杜瓦罐（26）中内置的针型电磁阀和加热器将液氮汽化，存储于制冷氮气区域，并利用液氮保证制冷氮气温度接近沸点温度，经由制冷气体连续控温喷口（38）产生连续温度可调的制冷蒸汽。
所属类别：	发明专利