一種材料擊穿場強的測試設備制造技術

本發明專利技術公開了一種材料擊穿場強的測試設備，它還包括ＸＹＺ三坐標支架（１）、激光測距儀器（５），在所述真空室（２）內設置有ＸＹＺ三坐標支架（１）和固定陽極裝置（８），該固定陽極裝置（８）固定有陽極（４），所述ＸＹＺ三坐標支架（１）用于固定作為陰極的被測試樣（３）；在真空室（２）外垂直于ＸＹＺ三坐標支架（１）方向處設置激光測距儀器（５），激光測距儀器（５）與真空室（２）連通。本發明專利技術能進行三維方向的精確調整對正，并能精確測量出擊穿距離。可適用于各種金屬材料或金屬基復合材料的擊穿場強、擊穿電流的精確測試，以及陰極斑點的發生過程，陰極斑點形貌的實時觀察。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種測試設備，特別涉及一種材料擊穿場強的測試設備。
技術介紹
電弧等離子體技術可廣泛應用于切割、熱噴涂、焊接、熔煉、新材料合成、超細粉制備、廢水處理、空間推進等方面。電弧等離子發生器中的陰極是這一系統的關鍵部件。陰極擔負著發射電子，維持電弧穩定燃燒的作用，同時還承受高能離子轟擊和高溫燒蝕等苛刻的服役條件，因燒蝕而導致的使用壽命短是其突出矛盾。因此，開發和研制新型電極材料，滿足等離子體技術的發展需求，勢在必行。陰極材料性能的優劣取決于自身的起弧性能和電弧燒蝕性能。而陰極材料的起弧性能和電弧燒蝕性能則主要取決于陰極的電子發射能力和電弧在電極表面的形態和分布，而陰極材料電子發射能力的強弱可以用其真空擊穿場強來加以評價。觀察陰極斑點在電極表面的形成、運動和熄滅過程，可通過高速攝影的方法來實現。為了開發和研制新型電極材料，必須首先開發出可用于評價電極材料性能的高性能的檢測設備和方法。但是，到目前為止還沒有一個比較完善的高精度設備來測試和表征材料的上述性能。因此，研究出精密測試設備和相應的測試方法可為新型電極材料的開發提供實驗支持和科學依據，并能指導設計具有自主知識產權的新一代電極材料。為了表征材料的真空擊穿性能和觀察陰極斑點的形貌，目前的做法是，陰極材料在真空小間隙下的起弧場強是在經改裝的TDR-40A真空單晶爐中進行的。測試過程如下陰極材料被加工成金相試樣，精細拋光后放入真空爐中作陰極，陽極用Φ2mm純鎢制成，固定在陰極上方的移動桿上，下面與陰極面平行。陰極和陽極在5×10-3Pa的真空度下加熱到500℃保溫0.5h以除去表面雜質及吸附氣體，之后在真空中冷卻至室溫。在陰極和陽極之間加上8KV的直流電壓，使陰極以0.2mm/min的速度緩慢上升，接近陽極直至在陰極和陽極之間引燃電弧，用百分表測量此時陰極間的距離，擊穿場強數值為為擊穿電壓除以擊穿距離。拉開陰極和陽極，重復上述過程。上述測量設備及方法的缺點是陰極的固定方式簡單，難以對其進行三維方向的精確調整對正；通過真空下加熱再冷卻的方式去除樣品表面雜質及吸附氣體，該方法需要加熱系統，且工藝過程耗時長，清除效果不理想；采用傳統的渦輪蝸桿傳動機構，陰-陽極之間接近速度較快，且用百分表測量陰極間的距離，精度較低；測試過程基本靠手動和目測進行，設備的自動化程度低；設備上未配備CCD相機，不能對陰極斑點進行實時觀察。本專利技術在吸取前人部分測試方法優點的基礎上，并利用計算機技術、精密光電測控技術，通過這些先進設備和測試技術的支持專利技術了一種全自動精密測試設備和相應的測試方法。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種材料擊穿場強的測試設備，該設備能進行三維方向的精確調整對正，并能精確測量出擊穿距離。為解決上述技術問題，本專利技術是這樣實現的它還包括XYZ三坐標支架(1)、激光測距儀器(5)，在所述真空室(2)內設置有XYZ三坐標支架(1)和固定陽極裝置(8)，該固定陽極裝置(8)固定有陽極(4)，所述XYZ三坐標支架(1)用于固定作為陰極的被測試樣(3)；在真空室(2)外垂直于XYZ三坐標支架(1)方向處設置激光測距儀器(5)，激光測距儀器(5)與真空室(2)連通。為了清洗效果良好，且方便，在所述真空室(2)外還設置有Ar+槍(15)，且與真空室(2)連通。所述激光測距儀器(5)與監視器(6)相連，監視器(6)與測距儀控制計算機(7)相連。所述真空室(2)連接有用于抽真空的真空系統(9)。在所述真空室(2)外還設置有相機(16)，且與真空室(2)連通，相機(16)與測距儀控制計算機(7)相連。直流電源(14)分別與示波器(17)和陽極(4)相連。所述示波器(17)連有進給系統控制計算機(13)。所述固定陽極裝置(8)連有液壓系統(10)。為了使裝置簡便，所述固定陽極裝置(8)還可以連有步進電機+滾珠絲杠進給機構(18)。本專利技術的有益效果是本專利技術與現有技術相比，具有以下優點本測試設備為全新設計的儀器；全系統由計算機和先進的光電測試儀器組成，因此全系統的自動化程度高、控制精度高、數據的準確性強；測量數值可實時采集并處理，測試效率高；試驗現象可實時觀察。該專利技術使用范圍廣泛，可適用于各種金屬材料或金屬基復合材料的擊穿場強、擊穿電流的精確測試，以及陰極斑點的發生過程，陰極斑點形貌的實時觀察。附圖說明圖1為本專利技術材料擊穿場強的測試設備實施例1的結構示意圖；圖2為本專利技術材料擊穿場強的測試設備實施例2的結構示意圖。具體實施例方式下面結合實例對本專利技術做進一步詳細說明如圖1所示，全套測試設備由真空室、XYZ三坐標支架、激光測距儀器、CCD相機、監視器、進給系統控制計算機、Ar+槍系統、示波器、CCD相機與測距儀控制計算機、液壓系統、真空系統、機架、DC電源等構成。本專利技術在所述真空室2內設置有XYZ三坐標支架1和固定陽極裝置8，該固定陽極裝置8固定有陽極4，所述XYZ三坐標支架1用于固定作為陰極的被測試樣3；在真空室2外垂直于XYZ三坐標支架1方向處設置激光測距儀器5，激光測距儀器5與真空室2連通。在所述真空室2外還設置有Ar+槍15，且與真空室2連通。所述激光測距儀器5與監視器相連，監視器6與測距儀控制計算機7相連。在所述真空室2外還設置有CCD相機16，且與真空室2連通，CCD相機16與測距儀控制計算機7相連。所述真空室2應保持較高的真空度，真空度大于2×10-3Pa。直流電源14分別與示波器17和固定陽極裝置8相連。所述固定陽極裝置8連有液壓系統10。其測試過程如下把樣品加工成金相試樣，精細拋光后放入真空室內并固定在XYZ三坐標支架上作為陰極，XYZ三坐標支架可在X、Y、Z三個方向微調，通過調整使陰極與陽極對正，即使陽極對準陰極的中心部。拉開陰極和陽極到一定距離，然后用Ar+槍清洗5min以除去表面雜質及吸附氣體。啟動液壓系統，在液壓系統的作用下，陽極以0.01mm/min的速度極緩慢上升并接近被測試樣(陰極)，在一定距離時發生擊穿。通過示波器和進給系統控制計算機精確控制陽極的啟動與停止時間，即當發生擊穿時，當在示波器上顯示有一定量電流出現時，進給系統控制計算機控制進給系統立即終止。用激光測距儀器精確測量陽極與陰極間的距離，并通過CCD相機與測距儀控制計算機即時計算出擊穿場強。拉開陰極和陽極，重復上述過程。本專利技術測距采用激光測距儀，大大提高了測量距離；采用氬離子清洗試樣，清洗效果好；采用液壓系統作為進給機構，可進行無級調速，也改善了數據精度；采用XYZ三坐標支架，使測試調整精度提高；配備CCD相機系統，可以對陰極斑點進行實時觀察。實施例1本專利技術測量W-2％ThO2電極材料擊穿場強過程如下把W-2％ThO2電極材料用機械加工(如線切割)取樣，再把樣品制成金相試樣，精細拋光后放入真空室內并固定在XYZ三坐標支架上，在三維空間微調XYZ三坐標支架使樣品平面水平并和陽極對正。打開真空系統，使真空室保持較高的真空度，真空度不低于2×10-3Pa。然后啟動Ar+槍清洗系統，用Ar+槍清洗5min以除去表面雜質及吸附氣體。啟動DC直流可調電源，根據需要將電壓確定在8000V。啟動液壓系統電源控制計算機和CCD相機與測距儀控制計算機。啟動液壓系統，在液壓系統和油缸的作用下，陽極以0.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種材料擊穿場強的測試設備，它包括真空室（２），其特征是：它還包括ＸＹＺ三坐標支架（１）、激光測距儀器（５），在所述真空室（２）內設置有ＸＹＺ三坐標支架（１）和固定陽極裝置（８），該固定陽極裝置（８）固定有陽極（４），所述ＸＹＺ三坐標支架（１）用于固定作為陰極的被測試樣（３）；在真空室（２）外垂直于ＸＹＺ三坐標支架（１）方向處設置激光測距儀器（５），激光測距儀器（５）與真空室（２）連通。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王發展，原思聰，
申請(專利權)人：西安建筑科技大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]