[发明专利]一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置，其特征在于包括设置于外罩内的水冷坩埚、加热系统的绕坩埚线圈组、辅助系统和设置于外罩外的加热系统高频电源、测量系统、气氛控制系统；

所述水冷坩埚为高温熔融物承载容器，所述水冷坩埚由冷却水管形成侧壁，所述水冷坩埚由冷却盘为底部；

所述加热系统包括高频电源和绕坩埚线圈组；所述高频电源产生的高频率电流穿过所述绕坩埚线圈组，在所述绕坩埚线圈组周围形成高频磁场；

所述测量系统用于对试验介质表面温度的测量和监测；

所述辅助系统包括电磁感应屏蔽板、升降装置、二次投料盒和捣料装置；所述电磁感应屏蔽板位于所述绕坩埚线圈组的顶部，由能够吸收高频电磁能的材料组成；所述升降装置用于调整熔融后试验介质液面与所述电磁感应屏蔽板之间的位置，控制加热区域；所述二次投料盒用于提供参与反应的试验介质；所述捣料装置可对试验介质加热过程中喷溅凝固在壁面上的物质捣碎，使其重新回到加热区；

所述气氛控制系统控制通过真空泵抽气和惰性气罐排气实现对装置内氧气分压的控制。

2.如权利要求1所述的一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置，其特征在于，所述冷却水管之间留有细缝，所述细缝采用二氧化铀粉末或者二氧化锆粉末或两者的混合物填充。

3.如权利要求1所述的一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置，其特征在于，所述测量系统由红外测温仪通过设置在外罩顶部的耐高温观察窗对装置进行测量。

4.一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验方法，其特征在于包括如权利要求3所述一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置；

水冷坩埚的制备：取适量二氧化锆或二氧化铀粉末均匀混合后，敷在所述水冷坩埚的所述冷却水管表面和所述冷却盘表面，填满缝隙，形成坩埚；

工质装载：将压块好的氧化物工质放入所述水冷坩埚中，用于初始氧化物的启熔；金属块工质放置在所述二次投料盒中备用；

气氛控制：所述外罩盖完毕后，使用所述真空泵进行抽气，再打开所述惰性气罐充入惰性气体；

氧化物启熔：启动所述冷却水管保持管内冷却水处于循环换热状态；再启动所述高频电源，并缓慢提升所述高频电源功率，直至氧化物工质熔化；

温度监测：采用位于试验装置顶部的所述红外测温仪对装置内的氧化物工质的顶部温度进行监测；

加热区的控制和调整：采用所述捣料装置对喷溅的氧化物工质进行疏通，使得其重新返回加热区；通过所述升降装置提升所述水冷坩埚的整体高度，使得熔融的氧化物工质液面略高于所述电磁感应屏蔽板；

金属二次投料：当氧化物工质液面保持稳定平整后，则通过所述投料盒释放参与反应的金属；

瞬态反应过程研究：通过调整所述水冷坩埚的高度控制氧化物工质与金属表面之间产生的硬壳厚度；

取料及后处理过程：通过断开所述高频电源，将所述冷却水管的中的冷却水流量提升至最高档位，快速冷却熔融物，固化熔融物在高温下的结构。

5.如权利要求4所述一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验方法，其特征在于，所述氧化物工质中心高度处预埋有感磁性好的金属块，呈环形布置，以提高其形成环形电流的几率。

6.如权利要求4所述一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验方法，其特征在于，在所述水冷坩埚的制备步骤中，所述二氧化锆或二氧化铀粉末中可添加极少量的硅酸盐溶液。

7.如权利要求4所述一种模拟高温下熔融物瞬态反应的试验方法，其特征在于，所述水冷坩埚在高温下经过长时间烘烤，蒸发其中的水汽。