一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统与方法

本发明属多孔介质试验测试，尤其涉及一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统与方法。

背景技术：

1、岩石、混凝土、陶瓷等多孔介质的孔隙结构决定了其物理力学特性，研究多孔介质的孔隙结构特征对于确保岩石工程安全、混凝土耐久性和航空航天高性能陶瓷稳定具有重要意义。

2、但目前常用的孔隙结构测试系统与方法存在一定局限，如压汞法采用重金属侵入安全性较差，无法获得三维孔隙结构；低温液氮法测试的孔径范围较小，一般仅能获得多孔介质中吸附孔的孔隙信息；核磁共振难以反映孔隙结构中孔隙形态，适用介质有限；电镜扫描仅能反应多孔介质孔隙结构的二维信息，所获孔隙参数有限；x射线扫描受限于介质种类、尺寸、扫描能量和分辨率，目前精度难以突破纳米孔。这给致密岩石、高性能混凝土及陶瓷的孔隙结构测试带来巨大挑战，不利于掌握深地工程、深空工程所涉及材料的基本性质。由于缺乏介质纳米孔隙结构的足够认识，部分超高性能材料制备及技术止步不前，难以研发适应于极端环境下深地工程、深空工程的新材料及新设计。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统与方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统，包括：

4、试杯，用于放置测试介质以及侵入金属；

5、转子体，用于安装所述试杯，其中所述试杯放置所述测试介质的一端远离所述转子体；

6、恒温油浴预热装置，用于对所述试杯以及所述转子体进行预热；

7、离心装置，内部安装所述转子体，用于对试杯进行离心操作，其中，所述试杯、所述转子体预热后安装在所述离心装置内；

8、红外加热与压缩制冷装置，设置在所述离心装置内，用于控制所述试杯的温度。

9、优选的，所述试杯包括：

10、钛合金试杯外壳，与所述转子体可拆卸连接；

11、可拆卸楔形钛合金管套，同轴穿设在所述钛合金试杯外壳内；

12、管套底部紧固装置，套设在所述可拆卸楔形钛合金管套的外侧；

13、管套顶部紧固装置，可拆卸连接在所述钛合金试杯外壳的顶端开口处，所述可拆卸楔形钛合金管套的顶端穿入所述管套顶部紧固装置内；

14、耐高温塑料管，同轴穿设在所述可拆卸楔形钛合金管套内，

15、铝管，同轴穿设在所述耐高温塑料管内；

16、所述侵入金属放置在所述铝管内；

17、所述测试介质放置在所述耐高温塑料管内，所述测试介质位于所述耐高温塑料管的底端，所述测试介质的顶面与所述铝管的底端以及所述侵入金属接触。

18、优选的，所述恒温油浴预热装置包括：

19、试杯恒温油浴预热炉，上方设置有试杯预热锅，所述试杯预热锅内设置有试杯固定装置，所述试杯与所述试杯固定装置可拆卸连接；

20、转子体恒温油浴预热炉，上方设置有转子体预热锅，所述转子体预热锅内设置有转子体固定装置，所述转子体与所述转子体固定装置可拆卸连接；

21、预热炉控制操作系统，用于控制所述试杯恒温油浴预热炉与所述转子体恒温油浴预热炉。

22、优选的，所述离心装置包括：

23、超速离心驱动系统，固接在外壳体的内侧底壁上；

24、大直径离心仓，设置在所述外壳体内且与所述超速离心驱动系统传动连接，所述外壳体的顶面上开设有放入口，所述放入口与所述大直径离心仓的顶端开口处对应设置；

25、离心仓密封盖，可拆卸连接在所述大直径离心仓的顶端开口处；

26、所述转子体可拆卸连接在所述大直径离心仓的底壁上，多个所述试杯可拆卸连接在所述转子体的外侧壁上，多个所述试杯周向等间隔设置，所述试杯的轴线朝向所述大直径离心仓的中心。

27、优选的，所述红外加热与压缩制冷装置包括：

28、环向红外辐射加热装置，套设在所述大直径离心仓的外侧壁上；

29、环向绝热层，套设在所述环向红外辐射加热装置的外侧壁上；

30、底部绝热层，设置在所述大直径离心仓的外侧底壁上；

31、底部制冷装置，设置在所述底部绝热层与所述大直径离心仓的外侧底壁之间；

32、压缩制冷机，固接在所述外壳体内且与所述底部制冷装置连通。

33、优选的，所述外壳体上还设置有：

34、真空系统，固接在所述外壳体内且与所述大直径离心仓连通；

35、数据实时采集记录仪，固接在所述外壳体内，用于采集所述大直径离心仓内的数据；

36、实时操控台，用于控制所述真空系统、所述数据实时采集记录仪、所述超速离心驱动系统、所述环向红外辐射加热装置以及所述压缩制冷机。

37、根据上述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统的使用方法，包括以下步骤：

38、填装试样：将测试介质以及侵入金属依次填装入试杯内；

39、预热：通过恒温油浴预热装置对装有测试介质和侵入金属的试杯以及转子体进行预热；

40、离心：将试杯安装在转子体上，将转子体安装在离心装置内，对装有测试介质和侵入金属的试杯进行离心操作；

41、取出试样：将完成离心操作并经过冷却的试杯取出离心装置，重复上述步骤进行另一组实验。

42、优选的，在离心过程中，通过红外加热与压缩制冷装置对离心装置内部升温，当离心装置的转速升至设置所需转速时开始计时，时间达到设置时间后，熔融金属侵入完成；

43、降低离心装置的转速，同时通过红外加热与压缩制冷装置对离心装置内部进行降温，当离心装置内温度降为设置温度时，将离心装置内温度设置为室温，达到设置的裕兴时间后，离心装置停止工作。

44、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

45、本发明提供了一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统及方法，通过对无毒、低熔点的熔融液态金属进行离心操作，使熔融液态金属侵入多孔介质的孔隙内，然后对熔融液态金属进行低温固化，从而获得多孔介质侵入金属定位的孔隙结构，获得的孔隙结构为三维形态，可以获得较多的孔隙参数。

46、相比于现有技术，本发明的多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统及方法可以获得三维孔隙结构，且孔径测试范围大，可以较为准确的反映孔隙结构中的孔隙形态。

技术特征：

1.一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统，其特征在于，所述试杯(14)包括：

3.根据权利要求1所述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统，其特征在于，所述恒温油浴预热装置包括：

4.根据权利要求1所述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统，其特征在于，所述离心装置包括：

5.根据权利要求4所述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统，其特征在于，所述红外加热与压缩制冷装置包括：

6.根据权利要求5所述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统，其特征在于，所述外壳体上还设置有：

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种多孔介质离心侵入熔融金属-固化定位的系统的使用方法，其特征在于：在离心过程中，通过红外加热与压缩制冷装置对离心装置内部升温，当离心装置的转速升至设置所需转速时开始计时，时间达到设置时间后，熔融金属侵入完成；

技术总结
本发明属多孔介质试验测试技术领域，尤其涉及一种多孔介质离心侵入熔融金属‑固化定位的系统与方法，包括：试杯，用于放置测试介质以及侵入金属；转子体，用于安装试杯，其中试杯放置测试介质的一端远离转子体；恒温油浴预热装置，用于对试杯以及转子体进行预热；离心装置，内部安装转子体，用于对试杯进行离心操作，其中，试杯、转子体预热后安装在离心装置内；红外加热与压缩制冷装置，设置在离心装置内，用于控制试杯的温度。相比于现有技术，本发明的多孔介质离心侵入熔融金属‑固化定位的系统及方法可以获得三维孔隙结构，且孔径测试范围大，可以较为准确的反映孔隙结构中的孔隙形态。

技术研发人员：吴疆宇,靖洪文,尹乾,朱高房,马丹,张浩,孟波,高远,陈伟强,武育荣,文寄槐,莫开建,魏强,孟庆彬,韩观胜
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16