測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種材料物理性能測試裝置，特別是涉及一種材料氧傳導(dǎo)性能測試裝 置，應(yīng)用于材料物理性能分析測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在材料體系氧傳導(dǎo)過程研宄過程中，通常用表面氧交換系數(shù)（k)與體擴(kuò)散系數(shù) (D)用來表征氧流量變化來表征對應(yīng)的兩個(gè)重要的過程-表面吸附與體擴(kuò)散。迄今為止，通 常用兩種測量方法來獲得這兩個(gè)參數(shù)。一種是同位素交換深度曲線法（IEDP)，用 18O同位 素在樣品中的擴(kuò)散曲線來擬合得到兩個(gè)參數(shù)。另一種方法即電導(dǎo)率弛豫法（ECR)，在極短時(shí) 間內(nèi)改變樣品周圍環(huán)境的氧分壓引起樣品表面的氧空位濃度變化，造成樣品表面與體內(nèi)存 在化學(xué)勢差，這一化學(xué)勢差將引起氧空位的迀移，同時(shí)改變樣品的電導(dǎo)率。從迀移開始到平 衡穩(wěn)態(tài)這一擴(kuò)散過程遠(yuǎn)大于分壓切換時(shí)間，因此儀器將完整記錄下氧擴(kuò)散引起的電導(dǎo)率隨 時(shí)間變化曲線。在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將擬合得出表面氧交換系數(shù)（k)與體擴(kuò)散系數(shù)（D)兩個(gè) 參數(shù)。
[0003] IEDP與ECR都是建立在菲克第二定律的基礎(chǔ)上，且都需要致密結(jié)構(gòu)樣品因?yàn)槎嗫?結(jié)構(gòu)影響并不在其數(shù)據(jù)處理過程中。在ECR法中，樣品的總電導(dǎo)率與氧的化學(xué)計(jì)量比相關(guān)。 當(dāng)氧分壓變化率較低時(shí)，電導(dǎo)率與化學(xué)計(jì)量比之間的關(guān)系，如下所示，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，主要包括實(shí)驗(yàn)平臺裝置、材料電 導(dǎo)率測試裝置（8)、輸入輸出裝置和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，待測實(shí)驗(yàn)材料樣品設(shè)置于所述實(shí)驗(yàn)平臺 裝置上，所述材料電導(dǎo)率測試裝置（8)的測試端安裝在所述實(shí)驗(yàn)平臺裝置上，所述材料電導(dǎo) 率測試裝置（8)的測試端與待測實(shí)驗(yàn)材料樣品直接接觸，所述材料電導(dǎo)率測試裝置（8)將 測試得到的待測實(shí)驗(yàn)材料樣品的電導(dǎo)率信號輸入所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)I/O接口與所述輸入輸出裝置連接，其特征在于：還包括混氣裝置（5)、氣氛預(yù)熱裝置 (6)和氣體檢測裝置（7)，所述實(shí)驗(yàn)平臺裝置由傳動(dòng)裝置、實(shí)驗(yàn)腔和樣品臺（9)組成，所述 實(shí)驗(yàn)腔設(shè)置于所述氣氛預(yù)熱裝置（6)的爐腔內(nèi)，所述實(shí)驗(yàn)腔由相互獨(dú)立的第一氧分壓腔室 (1)和第二氧分壓腔室（2)相鄰組裝而成，所述傳動(dòng)裝置由傳動(dòng)源（3)及傳動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成，所 述傳動(dòng)構(gòu)件由滑動(dòng)軸（10)和滑動(dòng)軌道（11)組成直線進(jìn)退傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述滑動(dòng)軌道（11)設(shè) 置于所述實(shí)驗(yàn)腔中，所述滑動(dòng)軸（10)的前端作為所述樣品臺（9)的安裝載體，所述滑動(dòng)軸 (10)的后端穿過所述氣氛預(yù)熱裝置（6)的爐腔外壁向外延伸，所述滑動(dòng)軸（10)的后端由傳 動(dòng)源（3)驅(qū)動(dòng)，并使所述滑動(dòng)軸（10)的前端帶動(dòng)所述樣品臺（9)在所述第一氧分壓腔室（1) 和第二氧分壓腔室（2)之間進(jìn)行移動(dòng)切換，所述滑動(dòng)軸（10)通過密封部件（4)分別與第一 氧分壓腔室（1)和第二氧分壓腔室（2)分別實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封，從而在整個(gè)測試過程中，使設(shè)置 于所述樣品臺（9)上的待測實(shí)驗(yàn)材料樣品在不同的實(shí)驗(yàn)腔氣氛中進(jìn)行切換，所述混氣裝置 (5)通過提供不同的氧分壓測試氣體，分別向所述第一氧分壓腔室（1)和所述第二氧分壓腔 室（2)內(nèi)輸送，同時(shí)控制進(jìn)入氣體流速保證氣體進(jìn)入與氣體流出，氣體交換之間存在動(dòng)態(tài)平 衡，所述氣氛預(yù)熱裝置（6 )通過控制爐腔內(nèi)溫度來控制所述實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)的氣體溫度，各所述氣 體檢測裝置（7)分別實(shí)時(shí)監(jiān)測所述第一氧分壓腔室（1)和所述第二氧分壓腔室（2)內(nèi)的氣 體的氧氣分壓值，并分別將檢測到的數(shù)據(jù)信號向所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)傳輸，所述數(shù)據(jù)分析系 統(tǒng)進(jìn)行信號數(shù)據(jù)擬合計(jì)算，得出氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在于：所 述密封部件（4)為套安裝在滑動(dòng)軸（10)上的精密密封環(huán)，所述密封環(huán)與所述第一氧分壓腔 室（1)和所述第二氧分壓腔室（2)的軸孔之間通過高溫?zé)崤蛎泴?shí)現(xiàn)緊密咬合，同時(shí)控制進(jìn) 入氣體流速保證氣體進(jìn)入與氣體流出，氣體交換之間存在動(dòng)態(tài)平衡，從而使兩氧分壓腔室 形成動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在于： 所述傳動(dòng)源（3)是提供水平傳動(dòng)的裝置或能將其他運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)化為水平傳動(dòng)的裝置，所述 傳動(dòng)源（3)米用氣動(dòng)式傳動(dòng)或電動(dòng)式傳動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在于： 所述實(shí)驗(yàn)腔、所述滑動(dòng)軸（10)、所述滑動(dòng)軌道（11)、所述密封部件（4)及所述樣品臺（9)由 高溫金屬或陶瓷材料制備。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在于： 所述氣氛預(yù)熱裝置（6)的提供恒定溫度，使其爐腔內(nèi)的恒溫區(qū)域長度大于所述實(shí)驗(yàn)腔的兩 腔室的長度，從而在所述樣品臺（9)的滑動(dòng)過程中，使所述實(shí)驗(yàn)腔的兩腔室的之間的溫度波 動(dòng)小于5°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在于： 所述混氣裝置（5)向所述第一氧分壓腔室（1)和所述第二氧分壓腔室（2)通入不同的氣體， 所述混氣裝置（5)提供的各種氣體的氧分壓值在1009^1(T3°之間，保證所述實(shí)驗(yàn)腔的兩腔 室之間氧分壓的數(shù)量級值差大于2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在 于：所述氣體檢測裝置（7)為氧分壓監(jiān)測裝置，氧分壓值采用直接獲得或由氧含量與分壓 值計(jì)算獲得，所述氧分壓監(jiān)測裝置量程大于1〇〇°/^1〇_ 3°，監(jiān)測精度不低于1%，氣壓監(jiān)測范圍 為 0? 1~5MPa。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在于： 所述氣氛預(yù)熱裝置（6 )控制所述實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)的氣體的溫度與測試設(shè)定溫度相差不超過KTC。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，其特征在于： 控制所述樣品臺（9)在所述第一氧分壓腔室（1)和所述第二氧分壓腔室（2)之間的切換時(shí) 間小于5s。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測定氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)的滑動(dòng)式裝置，包括實(shí)驗(yàn)平臺裝置、材料電導(dǎo)率測試裝置、輸入輸出裝置、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、混氣裝置、氣氛預(yù)熱裝置和氣體檢測裝置，在整個(gè)測試過程中，使設(shè)置于樣品臺上的待測實(shí)驗(yàn)材料樣品在不同的實(shí)驗(yàn)腔氣氛中進(jìn)行切換，通過精密加工的密封部件通過在高溫條件下的熱膨脹來縮小滑動(dòng)軸和腔室壁上軸孔之間間隙，使各腔室間實(shí)現(xiàn)密封，混氣裝置提供不同的氧分壓測試氣體，氣氛預(yù)熱裝置控制氣體溫度，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行信號數(shù)據(jù)擬合計(jì)算，得出氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)。本發(fā)明通過測試裝置收集信號數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確和快速得到材料的氧交換系數(shù)與氧擴(kuò)散系數(shù)性能數(shù)據(jù)，從而得到材料的性能數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01N13-00
【公開號】CN104792664
【申請?zhí)枴緾N201510160368
【發(fā)明人】甄強(qiáng), 譚威, 李榕
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月7日