用于聚光加热的坩埚制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于聚光加热的坩埚，能够在聚光加热快速升温过程中，充分利用光热加热样品，并使样品尽可能地均匀受热，减少温差。坩埚包括：底座，为实心结构，底面为平面；两个受光壁，固定在底座上、分别位于左右两侧，每个受光壁的外侧面都为平面、并作为受光面与聚光灯对应，受光壁上部的横截面形状为半圆形；弧形槽，横截面为向上开口的圆弧形，形成在两个受光壁之间，槽的左右两个侧面分别与两个受光壁的内侧面相切，轴向与受光壁的轴向垂直；以及两个挡壁，固定在底座上、分别位于前后两侧，作为弧形槽的前后挡板，与弧形槽共同围成样品容纳池。样品容纳池。样品容纳池。

【技术实现步骤摘要】
用于聚光加热的坩埚


[0001]本技术属于实验测试仪器设备
，具体涉及一种用于聚光加热的坩埚。

技术介绍

[0002]坩埚作为一种常用容器，其用途主要有二，一是应用于灼烧固体物质，二是用于溶液的蒸发、浓缩或结晶。例如：煤的燃烧、无机盐的蒸发结晶、金属液体的精炼等。这就意味着坩埚在使用过程中会受限于各类条件，例如温度、形状、容积等。由于使用条件的不同，也就催生了各种各样类型的坩埚。
[0003]聚光加热技术通过聚光装置将光源所发出光汇聚于某一指定区域，使得该区域聚集大量热量，从而达到加热、升温的目的。在进行基于聚光加热技术的相关实验中，例如，用于检测煤质成分的煤粉灼烧实验，需要坩埚这一耐热容器作为发生池，采用聚光灯对准坩埚侧面进行加热，从而使坩埚中样品(颗粒物料)升温燃烧。
[0004]然而，现有坩埚在聚光加热方面存在诸多不足之处，例如，CN208998546U公开了坩埚盖及坩埚，坩埚为圆筒形状(上下方向)，会使得坩埚侧面在宽度方向上仅中心点朝向聚光加热聚焦光斑，离中心越远的侧面区域仅与聚焦光斑相切的部分受热，导致侧面受热不均匀、不能充分受热，造成能量大量浪费。另外，现有技术CN106017088A公开了用于太阳能冶金装置的石墨坩埚、CN106017083A公开了太阳能冶金用石墨坩埚及太阳能冶金装置，它们都是采用底部聚光受热，但底部受热面积有限，加热反应过程中样品燃烧成气体溢出也会产生较大扰动，底部形状复杂则不利于坩埚固定和保证反应的稳定进行，也不适用于大多数聚光加热装置，应用场合非常有限。而且底部形状复杂不便于清洗，会影响加热效果。
[0005]实验发现，在例如100℃/s的快速升温过程中，采用一般现有技术的坩埚进行聚光加热，样品与受热面相邻侧的温度达到加热温度要求例如700～800℃时，样品中心部分温度为450～550℃，与中心部分温度相差上百度，升温速率越高，温差会更大，导致样品反应不充分，不同位置反应程度不同，影响结果准确性，另外样品温度不均匀还容易发生飞溅，更进一步加剧了负面影响。

技术实现思路

[0006]本技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于聚光加热的坩埚，能够在聚光加热快速升温过程中，充分利用光热加热样品，并使样品尽可能地均匀受热，减少温差。
[0007]本技术为了实现上述目的，采用了以下方案：
[0008]本技术提供一种用于聚光加热的坩埚，其特征在于，包括：底座，为实心结构，底面为平面；两个受光壁，固定在底座上、分别位于左右两侧，每个受光壁的外侧面都都为平面、并作为受光面与聚光灯对应，受光壁上部的横截面形状为半圆形；弧形槽，横截面为向上开口的圆弧形，形成在两个受光壁之间，槽的左右两个侧面分别与两个受光壁的内侧
面相切，轴向与受光壁的轴向垂直；以及两个挡壁，固定在底座上、分别位于前后两侧，作为弧形槽的前后挡板，与弧形槽共同围成样品容纳池。
[0009]以上方案的有益效果为：
[0010]本技术涉及的用于聚光加热的坩埚，由于受光壁上部的横截面形状为半圆形，且两个受光壁分别位于底座上的左右两侧，形成在两个受光壁之间的弧形槽横截面为圆弧形，且该弧形槽的左右两个侧面分别与两个受光壁的内侧面相切，轴向与受光壁的轴向垂直，因此，在采用聚光灯对受光壁进行聚光加热时，整个受光壁和底座外侧都能够形成受光面，被充分加热，然后热量被快速传递至坩埚内表面(容纳池)，由于容纳池的底面及左右侧面是由弧形槽形成的连续的圆弧面，因此容纳池具有连续且足够大的表面积(作为传热面或换热面)，从而使得其中容纳的样品靠近容纳池的那部分颗粒物料(记为壁面颗粒)能够快速被加热，接着热量再由壁面颗粒向内部颗粒传递，圆弧结构的壁面颗粒在传递热量过程中，各个方向上的热能都会被尽量向样品三维中心传递，因此，最难被加热的样品中心也会被快速加热，从而使样品充分、均匀受热，尽可能减少样品温差，保证结果准确性。
[0011]另外，由于底座为实心结构，底面为平面，一方面有利于热能传递，另一方面也有利于坩埚固定和清洗。
[0012]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以包括：底座的底层前后两侧向外延伸一段距离，形成两个辅助固定外缘。辅助固定外缘的设置增加了方形底座的宽度，缩小了长宽比，进一步防止坩埚翻倒，提高了坩埚的稳定性，更有利于坩埚位置固定。
[0013]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：底座为长方体状，设坩埚的前后方向为宽度方向，左右方向为长度方向，底座除底层外主体结构的长宽比为3：2，每个辅助固定外缘向外延伸的宽度均为底座宽度的1/8～1/5，底层的高度为坩埚高度的1/12～1/8。方形底座有利于坩埚能够平稳放置于平面上，并一定程度上防止坩埚侧翻；长宽比、宽度范围和长度范围的设置则是在保证有效传热的前提下，更有利于结构的牢固性。
[0014]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：受光壁上部的直径等于底座主体结构的宽度，这样更有利于样品充分、均匀受热。
[0015]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：设坩埚的前后方向为宽度方向，左右方向为长度方向，弧形槽开口长度为坩埚长度的2/3～7/9，弧形槽的宽度为底座主体结构宽度的2/3～3/4。这样的设置使得形成的容纳池传热面足够大且厚度更加合理，能够更有利于热能从受热面被传递至容纳池内，同时保证坩埚的牢固性。
[0016]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：弧形槽的横截面形状为半圆形。
[0017]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：弧形槽的最大深度为坩埚高度的1/2～2/3，能够增大坩埚容量并使容纳池与样品换热更加充分。
[0018]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：挡壁的外表面与受光壁上部的外表面形状对应，为圆弧形，内表面为平面，并且挡壁的上边
缘比受光壁低，这样更有利于样品充分、均匀受热。
[0019]优选地，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：挡壁的上边缘高度为受光壁高度的1/2～3/5，这样设置更有利于装样和清洗。
[0020]进一步，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：坩埚为一体成型结构，即底座、两个受光壁、弧形槽、两个挡壁都是一体的，不是拆卸或安装上去，这样坩埚的牢固性更好，也更有利于清洗，避免样品残留，从而保证结果准确性。
[0021]进一步，在本技术所涉及的用于聚光加热的坩埚中，还可以具有这样的特征：在坩埚左右侧壁上、靠近受光壁上部圆心(例如，圆心处，或者圆心正下方较近处)、且与弧形槽的槽底处于同一水平的位置处设置有凹陷或者凸起的对准标记(例如，内凹的刻度条，或者凸起的标记)，用于对准聚焦光斑，方便操作时找准聚焦位置，使得聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于聚光加热的坩埚，其特征在于，包括：底座，为实心结构，底面为平面；两个受光壁，固定在所述底座上、分别位于左右两侧，每个所述受光壁的外侧面都为平面、并作为受光面与聚光灯对应，所述受光壁上部的横截面形状为半圆形；弧形槽，横截面为向上开口的圆弧形，形成在两个所述受光壁之间，槽的左右两个侧面分别与两个所述受光壁的内侧面相切，轴向与所述受光壁的轴向垂直；以及两个挡壁，固定在所述底座上、分别位于前后两侧，作为所述弧形槽的前后挡板，与所述弧形槽共同围成样品容纳池。2.根据权利要求1所述的用于聚光加热的坩埚，其特征在于：其中，所述底座的底层前后两侧向外延伸一段距离，形成两个辅助固定外缘。3.根据权利要求2所述的用于聚光加热的坩埚，其特征在于：其中，所述底座为长方体状，设所述坩埚的前后方向为宽度方向，左右方向为长度方向，所述底座除底层外主体结构的长宽比为3：2，每个所述辅助固定外缘向外延伸的宽度均为所述底座宽度的1/8～1/5，所述底层的高度为所述坩埚高度的1/12～1/8。4.根据权利要求1所述的用于聚光加热的坩埚，其特征在于：其中，所述受光壁上部的直径等于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴营，李寒剑，徐俊，韩亨达，许凯，江龙，汪一，苏胜，胡松，向军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：