专利名称：热真空释气测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热真空测试技术领域，特别是涉及一种热真空释气测试装置。
背景技术：
在空间环境中，非金属材料受热时会或多或少地释放出某些成份的气体，释气还 能使聚合材料等收缩，改变其机械性能。气体重新凝聚在组件内部，会污染临近区域的 敏感元件或光学器件的表面，可能会导致系统故障。因此对应用于空间环境用的材料， 对其释气性能有着严格的限制。总重量损失(TML，total mass loss)、收集挥发凝聚物 (CVCM， collected volatile condensablematerials)和水汽回潮量(WVR, water vapor regained)是评价材料出气性能的三项重要指标，它们反映了材料在空间热真空环境中的 稳定性和对航天器敏感表面可能形成污染的基本信息。其中，TML根据样品试验前后所测 质量差计算获得；具体是指试验样品在规定的温度和工作压力下，放置规定的时间后，释 气逸出物质的总质量与样品初始质量的百分比。CVCM根据收集板试验前后的质量差计算获 得；具体是指试验样品在规定的温度和工作压力下，放置规定的时间后，在收集板上收集 的挥发凝聚物的质量与样品初始质量的百分比。WVR根据样品完成规定的温度、湿度条件处 理后，回吸的水汽质量计算获得；具体计算为计算TML和CVCM试验后的样品质量与再暴 露于温度为23°C、相对湿度为50%环境下24小时后样品的质量差，该质量差与样品初始质 量的百分比即为WVR。目前国外均采用“ASTM E 595真空环境下材料释气的TML(总质量损失)和 CVCM(收集挥发凝聚物)标准试验方法”对空间环境用非金属材料进行热真空释气试验，根 据试验结果选择适用的材料。我国也制定了相应的热真空释气试验标准，如中华人民共和 国航天工业部标准QJ1558-1988《真空中材料挥发性能测试方法》、中华人民共和国国家军 用标准GJB1217A-200X方法4001 “热真空释气”。热真空释气试验的真空暴露过程概述如下将试验样品放在一个已知重量的容器(样品盘)内，称重后放入铜制加热器的一 个样品槽内。再将加热器和试验用的其他部件放入试验设备的真空室内，抽真空至少达 7X10_3Pa。加热器用于加温试验样品到125°C (允差为士 1°C )，使受试样品挥发气体。气 体从样品槽的出气孔中溢出，一部分气体流入收集箱内，此时有些气体冷凝在预先已称重 的收集板上，收集板是被固定在冷却板上的，收集板的温度与冷却板的温度相同，温度为 25 °C (允差为士 1°C)。典型的试验设备有24个样品槽及相对应的24个收集板，这样每次 能对多种类别的样品进行试验。每个样品槽对应一个收集箱，并用隔板将各收集箱隔离，以 防止交叉污染。24h后，冷却试验设备，并用干燥的惰性气体使真空室恢复压力，称重样品盘 和收集板。根据这些测量结果和样品真空暴露前的重量，可计算出TML和CVCM，一般报告的 测量值是同一种材料的三份试样测量数的平均值。如图1所示，现有的热真空释气试验设备中的样品台采用双排立式结构，样品台 由加热器、冷却板和收集箱组成。典型的热真空释气试验设备有两个铜制加热器10，每个加
3热器长650mm，方形截面，边长25mm，具有12个样品槽，每个样品槽的开口部分能使气体通 过开孔进入收集箱。样品台安装在直径为260mm钟罩20的真空系统的底板上，采用一个专 用的穿通式环状基座，并靠底板支撑。抽真空系统40通过真空闸阀30对钟罩20降下后的 空间进行抽真空；充气系统50用于对钟罩20降下后的空间进行充气；冷却水控制系统60 用于控制冷却板的温度；加热板控制系统用于控制加热器10的温度。如图2所示，收集箱12是样品台中的关键部分，收集箱12是由设置在冷却板11 上方的隔板16与冷却板11围成的空间，在收集箱12上方设置有加热器10，加热器10内设 置有样品槽15，样品槽15上方设置有盖板14。在试验过程中，收集板13的温度要保持在 25°C 士 1°C，收集板13的温度是通过恒温水控温的冷却板11传递的。在真空环境中，只有 在收集板13与冷却板11良好接触的条件下，收集板13的温度才能与冷却板11的温度一 致。现有技术中，为了做到使收集板13与冷却板11紧密结合，收集板13上设有螺栓17装 置，通过螺栓17来达到收集板13与冷却板11紧密结合的目的。现有的热真空释气试验设备有以下缺点A、由于真空室内加热器高度为650mm，真空室的内腔高度将超过800mm，必须采用 较大的真空室，这不利于真空条件的建立，装卸样品等操作也很不方便。B、一般设备的工作台高度约一米，真空钟罩及真空表的高度约一米，再考虑到真 空钟罩开起时的上升空间，需要三米以上的空间高度，对实验室的使用带来限制。C、每个加热器长650mm，方形截面，边长25mm，沿长度方向均布12个样品槽。这种 细长条结构的加热器不利于内置加热棒的安装。采取外部加热方式时，由于在真空环境中 只有辐射加热条件，很难提高加热器的热均勻性。D、为了做到使收集板与冷却板紧密结合，收集板上设有螺栓固定装置。这就增加 了收集板的制作难度。另外，由于热真空实验对实验精度的要求，在实验过程中，对收集板 的操作是有严格的规定的，尤其是绝对不能用手接触进行操作，因此，采用上述结构，收集 板的装卸等操作也很不方便。

实用新型内容本实用新型提供一种热真空释气测试装置，用以解决现有技术中存在测试装置体 积大、操作不方便的问题。为达上述目的，本实用新型提供一种热真空释气测试装置，包括真空室、样品台、 抽真空系统、充气系统、冷却水控制系统和加热板控制系统；所述抽真空系统、充气系统分 别与真空室连接；所述样品台包括多个结构相同的样品测试单元，所述样品测试单元包括 冷却板、隔板、收集板和加热板；所述加热板上设置有NXM个样品槽；其中，N为加热板上每排样品槽的个数，且N 大于1 ；M为加热板上每列样品槽的个数；所述加热板上的每一个样品槽下方都对应有一个收集板，所述收集板安装在冷却 板上；所述冷却水控制系统与冷却板连接，所述加热板控制系统与加热板连接。进一步，所述样品台还包括隔板，由隔栅和面板组成，所述隔栅通过所述冷却板 上设置的隔板安装槽安装在所述冷却板上，面板位于所述隔栅之上；所述隔板和冷却板围 成独立的NXM个收集室，每个收集板分别放置于与之对应的收集室内；其中，同排的所述收集室有相通的抽气通道，不同排的收集室抽气通道不相通。进一步，所述加热板包括两块铜板，在两块铜板的结合面上分别设置有与铠装电 热丝的安装形状相同的安装槽，铠装电热丝通过过盈配合安装在安装槽内。进一步，在所述冷却板安装所述收集板的安装孔中心部位设置有台阶孔，所述台 阶孔内装有镶嵌有磁铁的螺栓，所述螺栓位于所述冷却板之外的部分安装有定位螺母。进一步，所述样品台包括上下两层的样品测试单元。进一步，每个所述样品测试单元包括3列4排12个样品槽，即N等于3，M等于4。本实用新型有益效果如下通过将样品台由现有的条状立式结构变为片状平面结构，在实现同样功能的前提 下，样品台占用空间小，有利于真空条件的建立；并且，由垂直安装改为水平安装，定位精度 高，安装方便。加热板与铠装电热丝无间隙组装，使样品槽之间的加热更均勻。在冷却板上 利用装有磁铁的活动螺栓固定收集板，不但起到了使收集板与冷却板接触良好的作用，同 时装卸收集板等操作也非常方便，设计新颖、实用。

图1是现有技术中一种热真空释气试验设备的结构示意图；图2是现有技术中一种热真空释气试验设备的样品台的结构示意图；图3是本实用新型实施例一种热真空释气测试装置的结构示意图；图4是本实用新型实施例一种热真空释气测试装置的样品台的结构示意图；图5是本实用新型实施例一种热真空释气测试装置的收集板固定结构(吸紧状 态)的结构示意图；图6是本实用新型实施例一种热真空释气测试装置的收集板固定结构(松开状 态)的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所 描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。如图3 6所示，本实施例涉及的热真空释气测试装置包括真空室1、样品台2、抽 真空系统4、充气系统5、冷却水控制系统6和加热板控制系统7，抽真空系统4通过真空闸 阀3与真空室1连接，用于对真空室1进行抽真空；充气系统5与真空室1连接，用于对真 空室1进行充气。真空室1包括钟罩以及控制钟罩运动的控制系统。其中，样品台2包括一个或多个结构相同的样品测试单元，当样品台2的结构为多 个结构相同的样品测试单元时，多个样品测试单元层叠安装在立柱29上。每个样品测试单 元包括冷却板21、隔板22、收集板24和加热板23，其中，加热板23上设置有NXM个样品 槽25，N为加热板23上每排样品槽25的个数，M为加热板23上每列样品槽25的个数，由 于通常对于材料的测试结果是取一种材料的多个试样测量数的平均值，因此，通常，N也是 某种材料试样的个数。通常情况下，样品台2 —般由上下两层的样品测试单元构成，每个样 品测试单元包括3列4排12个样品槽25，即N等于3，M等于4。在加热板23下方依次设置有收集板24和冷却板21，其中，加热板23上的每一个样品槽25下方都对应有一个收集板24，收集板24通过设置在冷却板21上的收集板安装孔 安装在冷却板21上。隔板22由隔栅和面板组成，隔栅通过冷却板上设置的隔板安装槽安 装在冷却板21上，面板位于隔栅之上；隔板22和冷却板21围成独立的NXM个收集室(收 集箱)，每个收集板分别放置于与之对应的收集室内，即每个样品槽25下方对应有一个收 集室，每个收集室内放置有一块收集板24;其中，同排的收集室有相通的抽气通道，不同排 的收集室抽气通道不相通，完全隔离。这样就避免了在测试样品时由于不同材料样品造成 的交叉感染。加热板23由铜板(无氧铜)经数控机床精密加工而成，保证了每个样品槽的尺寸 精度。每块加热板23主要由二块无氧铜板组装而成，每块无氧铜板厚12. 5mm。在两块铜 板的结合面上分别设置有与铠装电热丝的安装形状相同的安装槽，例如，铠装电热丝为圆 形，则在两块铜板的结合面分别设置半圆槽。本实施例的铠装电热丝是指将电热丝安装在 不锈钢管内(可以为不锈钢软管)，在电热丝与不锈钢管之间填充氧化镁粉，这样，就保证 了不锈钢管外部绝缘，内部与电热丝没有任何间隙。铠装电热丝通过过盈配合安装在安装 槽内，铠装电热丝按热设计要求分布，与铜板无间隙结合，保证了样品槽之间的热均勻性优 于0. 2°C。加热丝与加热板控制系统7连接，通过加热板控制系统7对加热丝的温度进行控 制。试验时，电热丝用于加温试验样品到125°C (允差为士 1°C )，这样使受试样品挥发 气体，气体从样品槽25的孔中溢出，一部分气体流入收集箱，此时有些气体冷凝在预先已 称重的、温度为25°C (允差为士 1°C )的收集板24上。收集板24的温度是通过恒温水控 温的冷却板21传递的。在真空环境中，要达到收集板24的温度与冷却板21的温度一致， 必须做到冷却板21导热良好，表面平整；收集板24导热良好，表面平整；收集板24与冷 却板21接触良好。为此，本实施例采取以下措施收集板24选用有磁性的镜面不锈钢作基材，采用机械应力小的线切割工艺加工， 表面由磨床作磨平处理；冷却板21选用导热性能良好的无氧铜作基材，表面磨平后再进行 电镀处理；冷却板21与冷却水控制系统6连接，由恒温水控温，控温精度优于士0. 2°C。在冷却板21的收集板安装孔中心部位设置有台阶孔，孔内装有镶嵌磁铁28的螺 栓26 (如图5、图6所示)，螺栓26位于冷却板21之外的部分安装有定位螺母27，通过调节 定位螺母27的位置，保证螺栓26处于台阶孔距离收集板24最近位置时有足够的磁力，使 收集板24与冷却板21紧密接触；而当螺栓26处于台阶孔距离收集板24最远位置时，磁力 减弱(甚至可以忽略)，收集板24几乎是在重力作用下盖在冷却板上，方便收集板24的操 作。通常，螺栓26上升时，磁铁28的上表面距冷却板21的间距约0.5mm。收集板材料选用 301不锈钢。这样，当螺栓26上升时，利用磁铁对收集板24的吸引力可将收集板24紧紧地 固定在冷却板21上，从而达到使收集板24与冷却板21紧密接触的目的。将螺栓26拉下 后，由于磁铁远离收集板24，而减弱了对收集板24的吸引力，能使收集板24方便地进行装 卸。使用该收集板固定结构能有效地将收集板24紧密固定在冷却板21上，装卸收集板24 等操作也非常方便。由上述实施例可以看出，通过将加热板由现有的条状立式结构变为片状平面结 构，在实现同样功能的前提下，样品台占用空间小，有利于真空条件的建立；并且，由垂直安 装改为水平安装，定位精度高，安装方便。加热板与电热丝无间隙组装，使样品槽之间的加热更均勻。在冷却板上利用装有磁铁的活动螺栓固定收集板，不但起到了使收集板与冷却 板接触良好的作用，同时装卸收集板等操作也非常方便，设计新颖、实用。 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用 新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及 其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求一种热真空释气测试装置，包括真空室、样品台、抽真空系统、充气系统、冷却水控制系统和加热板控制系统；所述抽真空系统、充气系统分别与真空室连接；其特征在于，所述样品台包括一个或多个结构相同的样品测试单元，所述样品测试单元包括冷却板、收集板和加热板；所述加热板上设置有N×M个样品槽；其中，N为加热板上每排样品槽的个数，且N大于1；M为加热板上每列样品槽的个数；所述加热板上的每一个样品槽下方都对应有一个收集板，所述收集板安装在冷却板上；所述冷却水控制系统与冷却板连接，所述加热板控制系统与加热板连接。
2.如权利要求1所述的热真空释气测试装置，其特征在于，所述样品台还包括隔板，由隔栅和面板组成，所述隔栅通过所述冷却板上设置的隔板安装槽安装在所述 冷却板上，面板位于所述隔栅之上；所述隔板和冷却板围成独立的NXM个收集室，每个收 集板分别放置于与之对应的收集室内；其中，同排的所述收集室有相通的抽气通道，不同排 的收集室抽气通道不相通。
3.如权利要求1所述的热真空释气测试装置，其特征在于，所述加热板包括两块铜板， 在两块铜板的结合面上分别设置有与铠装电热丝的安装形状相同的安装槽，铠装电热丝通 过过盈配合安装在安装槽内。
4.如权利要求1所述的热真空释气测试装置，其特征在于，在所述冷却板安装所述收 集板的安装孔中心部位设置有台阶孔，所述台阶孔内装有镶嵌有磁铁的螺栓，所述螺栓位 于所述冷却板之外的部分安装有定位螺母。
5.如权利要求1所述的热真空释气测试装置，其特征在于，所述样品台包括上下两层 的样品测试单元。
6.如权利要求5所述的热真空释气测试装置，其特征在于，每个所述样品测试单元包 括3列4排12个样品槽，即N等于3，M等于4。专利摘要本实用新型公开了一种热真空释气测试装置，包括真空室、样品台、抽真空系统、充气系统、冷却水控制系统和加热板控制系统；所述抽真空系统、充气系统分别与真空室连接；所述样品台包括一个或多个结构相同的样品测试单元，所述样品测试单元包括冷却板、隔板、收集板和加热板；所述加热板上设置有N×M个样品槽；其中，N为加热板上每排样品槽的个数，且N大于1；M为加热板上每列样品槽的个数；所述加热板上的每一个样品槽下方都对应有一个收集板，所述收集板安装在冷却板上；所述冷却水控制系统与冷却板连接，所述加热板控制系统与加热板连接。本实用新型通过将样品台由现有的条状立式结构变为片状平面结构，在实现同样功能的前提下，样品台占用空间小，有利于真空条件的建立；并且，由垂直安装改为水平安装，定位精度高，安装方便。
文档编号G01N1/44GK201666862SQ20102014195
公开日2010年12月8日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者丁然, 付高健, 任翔, 周钦沅, 王海丽, 王静, 陈士新 申请人:中国电子技术标准化研究所