Нагревательная установка для исследований Советский патент 1982 года по МПК F27D11/02 H05B3/62 

(5)НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Изобретение относится к нагревательным устройствам для проведения преимущественно оптических исследова ний твердых тел при высоких температурах. Известны нагревательные устройства, предназначенные для проведения указанных выше исследований, представлящие собой печь сопротивления с изоляционным кожухом и вмонтированной термопарой, а также нагревательные установки в виде стержня с тонким отверстием, нагреваемого пропусканием через него токаЧ и 2. Такие нагревательные устройства не позволяют проводить быструю закал ку изучаемых объектов без перемещения образца из зоны нагрева следовательно, без нарушения фиксированно го положения образца по отношению к объективу микроскопа, что существе но ограничивает область их примене1НИЯ. Кроме того, известные нагревате ные установки требуют подвода сраонительно большой мог ности, в результате чего происходит сильный-нагрев микроскопа, особенно его оптики. Это обстоятельство требует создания специальных приспособлений для охлаждения объектива водой., ограничивает возможность проведения исследований с длительной выдержкой при высокой температуре, снижает точность анализа и создает неудобства в эксплуата1|ии. Эти нагревательные установки не позволяют проводить исследования в контролируемой атмосфере или в вакууме. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка, в которой нагрев осу14ествляется посредством пропускания тока через нагревательный элемент, выполненный в виде тонкостенного разрезного металлического цилиндра. Эта установ-. ка содержит цилиндрический металлический корпус, 8 котором размещен нагревательный элемент цилиндрической формь4 С токовводами и окружающий его .экран. Внутри нагревательного элемента расположена подставка для нагреваемого объекта. Герметичный корпус позволяет создавать вакуум или заданную атмосферу в рабочем пространстве. Для обеспечения равномерного поля температур в нагреваемом объекте отйошение высоты к диаметру нагревательного эле мента h/d 8-10 3. .Основной, недостаток известного нагревательного устройства связан с невозможностью его использования для проведения высокотемпературных оптических НС следований, в частности излучения под микроскопом тонких шлисЬов в проходящем или отраженном свете. Это ббъясняется тем, что такое устройство не удовлетворяет ряду спепифических требований. Нагревательная установка должна помецаться на рабочем столике микроскопа и иметь в корпусе окна, обеспечивающие прохождение светового луча; расстояние от места крепления образца до окна в корпусе L не должно превышать фокусного расстояния стандартного объектива Ф, т.е. должно выполнять ся условие L, Ф 1( мм; нельзя допускать нагревания объектива выше пре дельно допустимой температуры 50°С) в условиях длительной выдержки образца при высокой температуре. Цель изобретения - создание нагревательной установки, обеспечивающе проведение оптических исследований пр высоких температурах и повышение точности измерения физико-химических свойств исследуемых объектов за счет снижения градиента температуры по образцу, что в конечном сче/е приводит к повышению точности анализа. Поставленная цель достигается тем, что в нагревательной установке для ис следований, -преимущественно оптических, цилиндрический нагревательный элемент выполнен с отношением высоты к диаметру h/d 1,5-2, подставка выполнена в виде металлического кольца, жестко прикрепленного к внутренней .поверхности нагревательного элемента в его геометрическом центре, причем расстояние от подставки до оптического окна в корпусе не превышает фокусного расстояния объектива. Использование разрезного цилиндрического нагревательного элемента с от ношением li/d 1,5-2 пoзвoляet исследовать образцы, радиальный размер которых достаточен для точного количественного анализа, исключает перегрев оптических элементов микроскопа выше предельно допустимой температуры, так как нагревательный элемент удаляется при этом от оптического окна на достаточное расстояние при сохранении условия . Подставка для образца выполнена в виде кольца, чтобы не препятствовать прохождению света через образец. Яесткое ее прикрепление к внутренней поверхности нагревательно го элемента в середине его высоты обеспечивает, учитывая высокую теплопроводность металла, минимальный осевой и радиальный градиент температуры в образце и позволяет сохранить фиксированное по отношению к объективу положение анализируемого образца при резком изменении температуры (закалка). На фиг. 1 схематически изображена конструкция установки; на фиг. 2 Сечение А-А на фиг. 1. Устройство содержит металлический корпус 1, внутри которого размещен .нагревательный элемент 2, выполненный в виде металлического тонкостенного разрезного цилиндра, с жестко закрепленной внутри него кольцевой металлической подставкой для исследуемого образца 3. К подставке 3 подсоединены провода термопары k, которая измеряет температуру образца. Для уменьшения тепловых потерь и создания более равномерного поля температур вокруг нагревательного элемента 2 установлен цилиндрический экран 5. Токовводы 6 соединяют нагревательный элемент с источником питания, который обеспечивает плавную регулировку напряжения и способен пропускать ток величиной до 60 А. Корпус 1 с двух сторон закрыт прозрачными крышками 7 и снабжен каналами 8 для создания-в рабочем пространстве заданной газоjoft атмосферы. Со стороны крышки 7 устанавливают объектив 9 микроскопа. Предлагаемая установка работает след кхцим образом. Снимается верхняя крышка 7 и через отверстие в корпусе 1 на подставку 3 устанавливается исследуемый образец. После герметизации корпуса измерительное устройство устанавливается на столике микроскопа. Затем в рабочем пространстве создается заоткачки газа через каналы 8. Изменением величины напряжения, подаваемог к нагревательному элементу 2 через токопводы 6, достигается требуемая температура. При необходимости закалки исследуемого образца достаточн отключить источник тока от нагревательного устройства.

Проведение испытания предлагаемой нагревательной установки для оптйчес ких исследований, в которой нагревательный элемент изготовлен из платины, выявили следующие ее технические характеристики.

Наибольшая температура нагревания исследуемого образца 1500°С Температура корпуса установки в случае

длительной экспозиции

( десятки часов ; исследуемого образца при температуре, близкой . . к максимальной 100 С То ч, при воздушном охлах дении корпуса вентилятором Наибольшая температура объектива микроскопа Величина градиента темпефатуры по Ьбразцу при i наибольшей его температуреIS CТочность измерения температуры по данным гра- дуировки, по температурам плавления чистых металлов ±3°С Средняя скорость закалки образца 600°С/с Наибольшие размеры исследуемого образца: средний диаметр 1,4 мм высота 0,5 мм Предлагаемое техническое решение удовлетворяет требованиям, предъявля емым к нагревательным устройствам дл оптических исследований и обеспечивает достаточную однородность распределения температуры по образцу, необходимую для целей прецизионного физикохимического анализа. Учитывая высокие технические характеристики установки и надежность в эксплуатации, она может быть применена при различных физико-химических исследованиях твердых тел оптическим методом в контролируемой атмосфере.

В отличие от известных нагревательных УСТРОЙСТВ предлагаемая установка значительно расширяет возможности оптических исследований физико-химических свойств твердых тел при высоких температурах.

Формула изобретения

Нагревательная установка для исследований, преимущественно оптических, содержащая металлический корпус с окнами для исследования, в котором размещен нагревательный элемент в виде металлического разрезного цилиндра с токовводами, окружающий его экран и подставка для нагреваемого объекта, расположенная внутри нагревательного элемента, отличающаяся тем что, с целью повышения точности физико-химического анализа при оптических Исследованиях твердых тел путем снижения градиента температуры, нагревательный элемент выполнен с отношением высоты к диаметру от 1,5 до 2, а подставка для нагреваемого объекта выполнена в виде металлического кольца и жестко прикреплена к внутренней поверхности нагревательного элемента в его геометрическом центре.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Геология и геофизика, 1972, № 6, с. 139-1 1.

2. Геология и геофизика, Т9б8, , tf.8, с. 1(.

3.Лейканд М.С. Вакуумные электрические печи, 1968, с.215-: 1б.