[发明专利]一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料电学性能相关的物理化学特性的原位测试和分析，特别是一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置。

背景技术

为研究材料电学性能相关的物理化学特性，当前常见的测试平台或测试装置主要有气氛炉、热台、冷热台及真空腔体等测试装置。气氛炉的特点是在某一既定温度下，向炉内通入一定成分的人工制备气氛，以达到材料的某种热处理的目的，如气体渗碳，碳氮共渗及光亮淬火，退火，正火等。但由于常见的气氛炉本身并不附带与电学性能测试相关的探针系统，因此气氛炉很难应用于研究材料电学性能相关的物理化学特性。

热台和冷热台是电学测试的两个常见温度控制平台。常见的热台只能实现高于室温的材料性能测试。冷热台是在热台的基础上通过通入液氮等来实现测试平台的制冷功能，结构复杂，制作成本和运行成本较高且不易操作，容易出事故。并且常见的热台和冷热台都是将测试样品暴露于空气中，而未考虑环境气氛的影响和测试研究。真空腔体是一种能够提供真空气氛和其他气体气氛的测试腔体。但现有真空腔体，测试功能单一，不能满足现代材料电学性能相关的物理化学特性的要求。并且现有测试装置未能实现样品原位测试过程中的实时监控。为实现材料电学性能相关的物理化学特性原位测试研究，因此有必要设计一种包括高低温控制、气氛控制、电学探针系统和实时监控系统的综合测试装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，集温度及气氛环境控制、样品监控测试于一体，实现多种测试需求。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，包括用于提供测试环境的多功能腔体、用于调节多功能腔体内温度及气氛的测试环境控制单元和用于监控测试的监测单元；所述测试环境控制单元和监测单元均与多功能腔体连接。

进一步，多功能腔体包括腔体顶盖、腔壳、腔体内部载台和腔体支架，所述腔体顶盖与腔壳相连且用真空密封垫圈密封，所述腔体顶盖、腔壳和腔体内部载台围成一个空腔，所述腔壳设置于腔体支架上，所述腔体支架底部设置有减震基座。多功能腔体保证了测试不受外界环境干扰，且减震基座能有效抵抗外界抖动。

进一步，腔壳侧边设置有进气口、出气口、真空抽气口和测试线密封口，所述腔体顶盖和腔体内部载台上均留有一个开口，所述开口用于设置测试环境控制单元和监测单元。腔壳上的各种开口保证了气氛控制的实现。

进一步，测试环境控制单元包括温控装置和气氛环境控制装置，所述温控装置设置于腔体内部载台的开口处，用于控制多功能腔体内的温度；所述气氛环境控制装置设置于多功能腔体外并通过所述进气口、出气口和真空抽气口与多功能腔体的空腔相通，用于调节多功能腔体内的气氛环境。温控装置和气氛环境控制装置共同实现不同测试环境的需求。

进一步，温控装置包括加热装置、制冷装置、温度传感器和温度控制器；所述温度控制器设置于多功能腔体外并通过测试线与加热装置、制冷装置、温度传感器连接；所述加热装置包括加热器和包裹加热器的金属蓄冷蓄热块，所述制冷装置包括制冷结构和与制冷结构连接的散热结构，所述温度传感器设置于金属蓄冷蓄热块上表面。温度控制器能够控制加热装置和制冷装置，使测试温度达到预设值。

进一步，所述金属蓄冷蓄热块侧面与腔体内部载台之间设置有绝缘隔热层，所述金属蓄冷蓄热块上面设置有测试平台，所述测试平台与金属蓄冷蓄热块紧密接触，测试平台上设置有一沉孔，温度传感器嵌入到沉孔内。金属蓄冷蓄热块与测试平台紧密接触，有利于温度的传导，温度传感器实时检测测试平台温度从而更加精准的控制测试温度。

进一步，所述制冷结构包括半导体热电制冷片，所述半导体热电制冷片与金属蓄冷蓄热块接触，所述散热结构包括紧贴半导体热电制冷片热端的散热片和散热片外侧的散热风扇。采用半导体热电制冷片实现制冷功能，结构简单，成本低廉。

进一步，半导体热电制冷片与腔壳之间设置有用于防止热量流失的保温隔热层。保温隔热层保证了热量的有效利用，减少了能源浪费。

进一步，气氛环境控制装置包括气瓶和真空泵；所述气瓶通过进气口和出气口改变多功能腔体内的气体，所述真空泵通过真空抽气口抽掉多功能腔体内的气体从而形成真空环境。气瓶满足不同气体环境的测试需求，真空泵满足真空环境的测试需求。