費(fèi)勉100問第十期

26.樣品臺幾種加熱方式的區(qū)別（紅外，電阻加熱絲）？

上面這個問題有些含糊，因為電阻絲加熱樣品臺和紅外加熱有一定的交疊，要解釋清楚這個問題，首先要把加熱方式做個分類，按照熱傳導(dǎo)的形式，不同熱量的傳遞主要有三種方式：

● 接觸傳熱
● 輻射傳熱

● 對流

其中，對流在真空內(nèi)部是很少見的，但不是沒有，例如稀薄氦氣的對流性能就可以用作減震導(dǎo)熱的用途；真空內(nèi)部的主要熱量傳遞都依賴于熱接觸和輻射傳熱。

所謂的熱接觸是比較好理解的，一般用在低溫區(qū)域，主要的介質(zhì)是銅、鋁等高熱導(dǎo)金屬，依賴良好的接觸面來提高熱傳導(dǎo)的效率，往往在接觸面上需要采用柔性介質(zhì)（例如In）以及在接觸面上增加壓力來提高熱導(dǎo)率。

輻射傳熱就會復(fù)雜的多，輻射的形式可以是紅外、激光甚至電子束、離子束。我們經(jīng)常說的電阻加熱就是用紅外輻射的方式，用加熱絲處的紅外輻射來給樣品加熱，但這種方式有局限性，因為隨著樣品達(dá)到高溫，樣品本身也在放出紅外線，特別是隨著樣品溫度的升高，吸收和放出的紅外輻射會趨于平衡，這個時候很難再利用紅外輻射來達(dá)到更高的溫度，所以我們一般對電阻加熱的溫度范圍最高不超過1000℃，常規(guī)指標(biāo)一般是800℃。

為了達(dá)到更高的溫度，常見的手段有兩種，一種就是用能量密度更高的紅外輻射源，比較多的就是采用紅外激光器，因為激光的準(zhǔn)直性和高能量密度，可以把上百瓦的能量聚焦到一個毫米量級的點(diǎn)上，因此加熱效率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于常規(guī)的電阻加熱，甚至可以在10s內(nèi)把一個小樣品從室溫加熱至1000℃。

因為激光器的成本和大功率激光使用的安全性溫度，所以實(shí)際實(shí)驗中常見的另一種手段是電子束加熱，電子束加熱的方式與常規(guī)的電阻加熱只有一步之遙。一般來說電子束加熱如果去掉高壓就是一個常規(guī)的電阻加熱模塊。如果我們在燈絲或者樣品加上高壓，那么就能把電阻加熱升級成電子束加熱。這時候燈絲上的熱發(fā)射電子就會被指向性的導(dǎo)到樣品處，從而實(shí)現(xiàn)集中高密度的能量轉(zhuǎn)移。

27.激光加熱器的工作原理？以及公司常用激光加熱器輸出功率的計算方式？
真空常規(guī)加熱方式包括電阻熱輻射加熱或者電子束轟擊加熱，對真空的依賴度較高。

常規(guī)的鎢、鉭加熱絲只有在超高真空時才能保證有比較長的壽命，而替代的貴金屬合金絲，例如鉑銠絲對氣氛有要求，否則參與反應(yīng)或者干擾實(shí)驗進(jìn)程；此外，常規(guī)的熱輻射或者電子束轟擊的方式在真空變差時加熱效率會顯著下降，主要原因在于更密集的氣體分子吸收了紅外輻射和電子束，造成實(shí)際樣品處的功率下降很快。

為了滿足用戶對近常壓及特殊氣氛下的加熱需求，激光加熱被發(fā)展出來并廣泛的用于不同的實(shí)驗領(lǐng)域。激光加熱器使用光子來激發(fā)材料里面的電子作為傳熱的載體， 或者通過電流產(chǎn)生Joule Heating。 “熱加工”具有較高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱激發(fā)過程，從而使材料表面（或涂層）溫度上升，產(chǎn)生變態(tài)、熔融、燒蝕、蒸發(fā)等現(xiàn)象。

相比傳統(tǒng)電加熱方式，激光加熱無需考慮真空內(nèi)部電路損耗以及熱絕緣問題，無需考慮設(shè)計屏蔽層，設(shè)備設(shè)計更為簡單。功率集中，熱損失小，額定功率200W的激光器，最大輸出功率可以到300W以上，集中在很小的區(qū)域內(nèi)可以很快將樣品加熱到1000℃以上。

目前使用的激光器工作電壓12V，輸出功率=12V×設(shè)置電流。

28.檢漏儀里面的He質(zhì)譜儀，如何工作的？與常用的SRS質(zhì)譜儀有什么區(qū)別？

SRS的質(zhì)譜儀的工作原理是四極桿質(zhì)譜，通過四極桿上加的交流和直流的偏壓，從而實(shí)現(xiàn)對不同核質(zhì)比的帶電粒子的選擇。其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，適用于很大范圍的質(zhì)譜掃描分析。

而檢漏儀里面的四極桿，因為已經(jīng)確定測試對象是He，所以實(shí)際結(jié)構(gòu)會更加簡單，基本上靈敏區(qū)域就在4左右，實(shí)際工作時只要稍加調(diào)峰，確保最敏感的測試區(qū)域是針對He的即可。