一种实时无损检测与定量调控材料微波制备过程的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种对微波制备过程材料内部微观结构特征及演化进行检测与调控的装置，尤其涉及一种实时无损检测与定量调控材料微波制备过程的装置。
【背景技术】
[0002]微波由于其似光性、传统性和非电离性等特点，被广泛应用于雷达通信、生物医学、工业生产、科学研宄以及日常生活等诸多方面。其中，微波在工业生产、材料制备等方面应用是利用了微波辐射能够改变材料内部的微观结构特征，而这些微观特征是决定材料使用性能的本质原因。因此，为了利用微波制备更多性能优异的新材料，必须对微波制备过程中材料内部微观结构特征及其演化过程进行实时无损检测与定量调控。
[0003]传统的微波制备方法和装置(如微波箱式炉、隧道式微波干燥机等)利用了微波场中材料因介质损耗而发热的原理，属于微波“热效应”的应用。研宄表明，除了热效应以夕卜，还存在一些微波“非热效应”，即微波电磁场直接作用于材料的内部微观结构，最终对制备的材料性能产生影响。为了使材料具有符合设计要求的结构和性能，必须综合考虑热效应与非热效应的作用，对制备过程中微波电磁场的参数(如电磁场的强度、方向等)进行精确的调节控制。要实现该目的就需要一套参数定量可控的微波装置。经调研发现，利用微波单模谐振系统，使微波在谐振腔体中发生单模式(如TE103模式)谐振时，场型分布简单清晰，电、磁方向明确，强度大小可调。因此，微波单模腔系统是解决定量调控微波制备过程的有效途径。
[0004]对微波制备过程进行定量调控的依据是材料的内部微观结构特征，因此需要寻求合适的材料微观结构检测方法。受微波制备过程中高温和强辐射等极端条件的制约，采用传统的实验检测技术(如扫描电镜、透射电镜等)来对材料内部微观结构特征及其演化进行实时无损检测存在较大的技术难题，尤其是微波辐射对检测仪器和人体造成的破坏和损害更增加了检测的技术难度。
[0005]SR-CT (同步辐射CT)技术是一种先进的非接触式的材料无损检测技术，具有无损检测、实时跟踪和三维成像等诸多优越特性，且其空间分辨率可达纳米量级，将为微波制备过程中材料内部微观结构特征及其演化的实时无损检测提供有力的实验技术支持。
[0006]现有技术中还没有一种基于微波单模谐振腔系统和SR-CT技术对材料的微波制备过程进行实时无损检测和定量调控的装置，存在的技术问题包括:1)如何产生单模式谐振微波并对其参数进行调控；2)如何实现材料在微纳米SR-CT实验过程中的精确定位和连续高精度旋转。3)如何实现高温强辐射环境中精确测温。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的是提供一种结构简单、精度高的实时无损检测与定量调控材料微波制备过程的装置。
[0008]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009]本实用新型的实时无损检测与定量调控材料微波制备过程的装置，包括依次连接的微波源及其控制系统、双定向耦合器、三螺钉调配器、微波单模谐振腔、短路活塞；
[0010]所述微波单模谐振腔由四面金属壁包围形成矩形空腔，其上部设有顶面窗口、两侧面设有通光孔、下面设有转轴孔，所述转轴孔连接有精密八轴位移旋转系统，所述顶面窗口设有顶盖，所述顶盖设有测温孔，所述转轴孔、通光孔和测温孔均设有截至波导；
[0011]所述双定向耦合器设有微安电流表；
[0012]一侧的通光孔设有X光源、另一侧的通光孔设有图像采集装置，所述图像采集装置连接有图像反演重建系统。
[0013]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的实时无损检测与定量调控材料微波制备过程的装置，可有效克服传统实验观测技术的缺点，实现在高温、微波辐射等极端外场作用下，对生物材料、航空材料、纳米材料等先进材料的微纳尺度结构形貌及其演化进行三维、无损、原位在线的观测和分析。该装置可以在大型同步辐射实验平台上进行工作。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例提供的实时无损检测与定量调控材料微波制备过程的装置的结构示意总图；
[0015]图2为本实用新型实施例中微波单模谐振腔内TE103模式微波电磁场分布示意图；
[0016]图3a为本实用新型实施例中精密八轴位移旋转系统的俯视结构示意图；
[0017]图3b为本实用新型实施例中精密八轴位移旋转系统的立体结构示意图；
[0018]图3c为本实用新型实施例中精密八轴位移旋转系统的正视结构示意图；
[0019]图3d为本实用新型实施例中精密八轴位移旋转系统的侧视结构示意图；
[0020]图4为本实用新型实施例中微波单模谐振腔的结构示意图。
[0021]图中:
[0022]1.微波源及微波源控制系统，2.双定向耦合器，3.三螺钉调配器，4.微波单模谐振腔，5.短路活塞，6.精密八轴位移旋转系统，7.ZA10A-W2型升降台，8、9.XAlOA-Rl型平移台两台，10、11.SA07A-RM/RB 型倾斜台两台，12.RA05A-W 型旋转台一台，13、14.XA04A-R101平移台两台，15.通光孔，16.转轴孔，17.顶面窗口。
【具体实施方式】
[0023]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0024]本实用新型的实时无损检测与定量调控材料微波制备过程的装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0025]包括依次连接的微波源及其控制系统、双定向耦合器、三螺钉调配器、微波单模谐振腔、短路活塞；
[0026]所述微波单模谐振腔由四面金属壁包围形成矩形空腔，其上部设有顶面窗口、两侧面设有通光孔、下面设有转轴孔，所述转轴孔连接有精密八轴位移旋转系统，所述顶面窗口设有顶盖，所述顶盖设有测温孔，所述转轴孔、通光孔和测温孔均设有截至波导；
[0027]所述双定向耦合器设有微安电流表；
[0028]一侧的通光孔设有X光源、另一侧的通光孔设有图像采集装置，所述图像采集装置连接有图像反演重建系统。
[0029]所述测温孔设有红外测温装置，所述微波单模谐振腔及截至波导的外壁设有保温装置和冷却装置。
[0030]所述精密八轴位移旋转系统包括四个位移台、两个倾斜台、一个升降台、一个旋转台、转接装置及旋转轴；
[0031]所述四个位移台分为两组，每组两个相互垂直安装，两个倾斜台相互垂直安装。
[0032]所述转接装置的下方连接所述位移台、上方连接所述旋转轴，所述旋转轴装入所述转轴孔中，所述旋转轴的上方放置样品。
[0033]所述三螺钉调配器的上壁设有调节三个螺钉。
[0034]所述微波源及其控制系统与所述双定向耦合器之间设有波导、环形器及水负载，所述波导为矩形波导。
[0035]所述微波源及其控制系统和所述短路活塞的下部设有支撑装置。
[0036]本实用新型的实时无损检测和定量调控微波制备过程的装置，包括五部分:X光源及光路、微波单模谐振腔系统、温度控制系统、精密八轴位移旋转系统和图像采集及重建系统。本实用新型的改进主要在于将SR-CT无损检测技术和微波单模谐振定量调控技术结合起来，而精密八轴位移旋转系统和单模谐振腔系统分别是两种技术的核心。
[0037]第一部分:X光源及光路，X射线由X光源产生，并按照固定的光路传播。
[0038]第二部分:微波单模谐振腔系统；
[0039]如图1、图2所示，微波单模谐振腔系统主要包括以下部件(按照微波发生和传播路径):微波源及微波源控制系统、波导、环形器及水负载、双定向耦合器及微安电流表、三螺钉调配器、单模谐振腔、短路活塞、支撑装置。微波源及微波源控制系统是微波发生装置，可以产生频率是2450 ± 50MHz、功率在O?3kW范围内的微波。
[0040]波导是微波传输元件，本实用新型包含的波导均为矩形波导，端口均为BJ22型(中国国家标准)。
[0041]双定向耦合器是微波功率检测元件，工作时分别将入射微波和反射微波的功率转化为电流信号，并用微安电流表显示。电流表示数将作为微波调谐过程的依据。
[0042]三螺钉调配器是微波调谐元件，通过调节三个螺钉的插入深度减小微波反射功率，使尽量多的微波能量进入微波谐振腔中。
[0043]单模谐振腔是微波发生TE103模式谐振并对材料进行微波辐射的装置。谐振腔由四面金属壁包围形成矩形空腔，横截面大小与BJ22型波导相同，长度为222mm。前后侧面上各有一个直径为15mm的通光孔，以使X射线通过；底面上有一个直径为20mm的转轴孔，以使石英柱插入；顶面上有一个边长为50mm的正方形窗口，用于取放样品；用一个顶盖封闭顶面窗口，顶盖上有一个直径为25mm的测温孔。每个孔的外部连接一段长度为50mm、直径与孔相同的截止波导，防止微波泄漏。
[0044]短路活塞是微波全反射元件。其作用是将微波能量全部反射，在单模谐振腔中与入射微波叠加形成驻波。驻波波腹与波节的位置可以随着活塞位置的移动而改变，达到调节