一种高温、强化学活性的液态金属锂润湿性的测量系统

摘要

本发明公开了一种高温、强化学活性的液态金属锂润湿性的测量系统，包括有真空室、真空抽气与测量系统、样品台及加热系统、样品驱动系统、液态锂滴入系统、光源、相机、图像处理系统。利用高真空环境阻止液态锂表面的氧化变性；利用巧妙设计液态锂的滴入系统实现液态锂滴的滴入；在样品台布置铠装加热丝和测温系统，实现高温液态锂润湿性测量的要求；通过影像分析法及编制的Matlab批处理程序测量液态锂在基底上的接触角。本发明提供了一种快速、经济、有效地解决高温、强化学活性的液态金属锂对基底表面润湿性测试问题的方法，为未来聚变堆中液态锂第一壁的可能应用提供良好的实验及数据积累。

主权项

一种高温、强化学活性的液态金属锂润湿性的测量系统，其特征在于：包括有真空室、真空抽气与测量系统、带加热和温度测量装置的样品台、样品盘的驱动系统、液态锂滴入系统、光源、相机、图像处理系统，通过液态锂滴入系统向真空室内的样品台滴入液态锂，并通过液态锂滴入系统控制液态锂的滴入，利用真空室内高真空环境阻止液态锂表面的氧化变性，利用样品台的加热和温度测量装置，实现将液态锂升温至高温状态并实现润湿性测量，通过光源照亮真空室内，并利用相机采集液态锂滴入的样品台图像，最后在图像处理系统中采用影像分析法及编制的Matlab批处理程序测量液态锂在样品台上的接触角；所述真空室为液态锂润湿性的测量室，真空室采用不锈钢材料制得，真空室的外形设为圆筒形并采用刀口密封结构，通过检漏及350℃下的高温烘烤，获得要求的高真空环境，所述真空室的高真空环境为漏率小于或等于1×10^‑9Pam³/s，真空度小于或等于3×10^‑4Pa；所述真空抽气与测量系统中，真空系统包括一套抽气机组、干泵，抽气机组由分子泵和机械泵集成构成，测量系统包括真空规管和真空计，机械泵或干泵作为分子泵的前级泵，其中机械泵和干泵用于真空室系统的真空粗抽，真空粗抽范围从~10⁵抽到~1Pa，分子泵用于高真空抽气，真空规管型号为PKR251，真空规管的阴极插入到真空室内，探测系统的真空度，真空计通过数据线与规管连接，用于显示规管的测量数据；所述样品台由支撑系统、锂加热盘、锂的接收盒、样品盘、样品盘的导轨及背景板构成，其中支撑系统由横杆、固定盘及四根长螺杆组成，横杆两端点焊到真空室壁上，固定盘放置到横杆上并点焊，在固定盘的四角位置分别设置有圆孔，四根螺钉底部一一对应安装在圆孔中并固定，锂的加热盘顶面光滑，背面布置两根铠装加热丝由铠装加热丝构成加热装置，在锂的加热盘中开有圆通孔，锂的加热盘悬空水平固定到四根长螺杆上，在加热盘的顶部固定背景板、与背景板平行的样品盘导轨，样品盘滑动安装于背景板与样品盘导轨之间，样品盘一端设置有作为温度测量装置的铠装热电偶，锂的接收盒放置在固定盘、加热盘之间并位于加热盘中圆通孔正下方；所述样品盘的驱动系统是由一套高真空要求的波纹管、中心拉杆、波纹管导杆及刻度尺构成，驱动系统通过中心拉杆链接到样品盘，在外部导杆的导向下伸缩波纹管，完成对样品盘的拉伸及收缩，通过刻度尺标定波纹管的位移量；所述液态锂滴入系统由双液态金属阀门或精确控制的氩气压力控制系统控制；通过实验前的液态锂滴入测试，标定出阀门开启的位置或氩气的压力值，顺利实现液态锂滴入；所述光源采用光强可调的强光手电筒，通过合理的设置光源及相机获得清晰的锂液滴图像。