[發明專利]導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置

有效

• 申請號: 201210298585.0
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102866076A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 孟松鶴;金華;矯利闖;許承海;解維華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種熱沖擊試驗裝置，具體地說是一種針對極端服役條件下的高溫熱防護材料(具有導電性)冷/熱循環熱沖擊的試驗裝置。

背景技術

隨著我國空間技術的快速發展和跨越式進步，具有尖銳前緣外形和長時間亞軌道高超聲速飛行特征的空間飛行器必將成為我國未來20年的重要發展方向。高超聲速(M≥5)、長時間的服役特征對飛行器的熱防護材料和結構提出了嚴峻的挑戰，尤其是對抗氧化材料的耐溫極限和耐久性、抗熱沖擊能力以及高溫氧化和復雜載荷條件下的輕質強韌化等性能提出了苛刻的要求。目前能夠勝任極端環境要求的材料主要集中在超高溫陶瓷材料、C/C復合材料以及C/SiC等復合材料，其中ZrB₂因具有相對較低的密度(6.09g·cm^-3)、熔點高(3245℃)、硬度高(莫氏硬度為9，顯微硬度為22.1GPa)、導熱性好(熱導率為23～25W·m^-1·K^-1)、導電性好(常溫電導率為～1×10⁸S·m^-1)等特點成為高超聲速飛行器關鍵部位最具潛力的候選材料；但由于以超高溫陶瓷為代表的陶瓷類高溫熱防護材料的本征脆性，使得超高溫陶瓷材料在熱沖擊環境下易發生災難性的破壞。因此大幅度提高超高溫陶瓷材料的抗熱沖擊性能是其廣泛應用亟待解決的問題，合理準確的進行超高溫陶瓷材料抗熱沖擊性能的評價與表征，探尋抗熱沖擊性能的主要控制因素，具有重大而深遠的意義。

目前評價和表征高溫熱防護材料的手段主要為水淬火法、氧乙炔以及電弧風洞；其中水淬法與材料實際遭受的環境相反，雖然環境更加惡劣但會使材料設計過于保守，且加熱和淬火間隔的溫度損失無法測量，使得評價材料熱沖擊性能存在很大的不確定性，結果差異性較大；氧乙炔、電弧風洞能夠真實再現氣動流場，能夠有效表征材料升溫熱沖擊過程，但操作繁瑣、成本高，僅能實現升溫熱沖擊的過程；無法表征高超聲速飛行器飛行全飛行走廊中升溫/降溫以及快速循環熱沖擊過程。

基于此，本發明的目的是針對以ZrB₂基超高溫陶瓷材料為代表導電類熱防護材料，結合通電加熱和水淬法的特點，提供給一種快速升溫/降溫循環熱沖擊的實驗裝置，用以評價與表征材料抗熱沖擊性能。

發明內容

本發明的目的是針對以碳/碳、超高溫陶瓷為代表的導電類熱防護材料，利用快速電阻加熱和淬火急冷原理評價熱防護材料高溫氧化、熱沖擊等使用性能的一種導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

一種導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置，包括兩個加熱電極、供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀、不銹鋼環境艙、淬火介質噴頭和PLC控制裝置，不銹鋼環境艙固定于地面并與地面絕緣，兩個加熱電極置于不銹鋼環境艙內的滑動軌道上，兩個加熱電極與供電子系統相連接，兩個加熱電極分別與循環冷卻子系統相連接，淬火介質噴頭置于不銹鋼環境艙內導電類熱防護材料試樣的上方，淬火介質噴頭與淬火介質噴射子系統連接，單/雙比色紅外測溫儀置于不銹鋼環境艙外，透過石英觀察窗采集導電類熱防護材料試樣表面溫度，PLC控制裝置分別與供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀電信號連接。

本發明還具有如下特征：

1、供電設備包括接觸器、調壓電機、變壓器、霍爾互感器、電壓表和電流表，接觸器輸入端直接與工業電網相連，接觸器輸出端與調壓電機輸入端相連，調壓電機的輸出端與變壓器輸入端相連，變壓器輸出端分別與兩個加熱電極相連，霍爾互感器安裝在變壓器輸出端采集電流信號后傳輸至PLC，電壓表安裝在變壓器輸出端采集電壓信號后傳輸至PLC控制裝置，通過PLC控制裝置實現開環手動調節和閉環預設值調節。

2、所述的淬火介質噴射子系統包括淬火介質儲存箱、淬火介質輸送泵和電磁閥，淬火介質噴頭通過不銹鋼金屬軟管與淬火介質輸送電磁閥連接，淬火介質輸送電磁閥通過管道與淬火介質泵連接，淬火介質輸送泵通過管道與淬火介質儲存箱連接，不銹鋼金屬軟管能夠調節淬火介質噴頭與導電類熱防護試樣高度及角度，淬火介質輸送電磁閥和淬火介質輸送泵分別與PLC控制裝置電信號連接，實現淬火時間的可控性。