[發明專利]用于超高溫氧化環境下的力學性能測試裝置和方法

有效

• 申請號: 201210500311.5
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN102944466A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 方岱寧;張如炳;程相孟;裴永茂;曲兆亮;韋凱;莊慶偉;王戈
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/18;G01N3/20;G01N3/24
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

1.一種用于超高溫氧化環境下的力學性能測試裝置，其特征是，所述裝置包括電子萬能試驗機（5）、爐體（6）、加載儀（7）、發熱體（9）、超高溫夾具（2）、引伸儀（1）、測溫系統（4）、控制電柜（10）和顯示分析系統（3），其中：

電子萬能試驗機（5）為框板結構的支架，為試驗過程中完成加載運動，并為固定的部件提供支撐和操作空間；

爐體（6）安裝在電子萬能試驗機（5）的下支架上，高溫試驗時通過支架導軌來使其移至電子萬能試驗機（5）的中心，爐體（6）上留有小孔和水冷裝置，爐體（6）直接和控制電柜（10）相連，通過爐體（10）中間排布的多根超高溫陶瓷發熱體（9）實現溫度的均勻加載；

發熱體（9）為超高溫陶瓷管，從爐體內小孔穿過，發熱體上下端通過串聯的導電金屬箔和絲分別連接到爐體的上下端的電極上；

超高溫夾具（2）用于固定待測試樣，通過差分變壓器連接后安裝在電子萬能試驗機（5）框架上或放置在爐體（6）內；

引伸儀（1）通過爐邊的小孔插入爐內，與試樣的標距段相接觸；

測溫系統（4）由帶陶瓷保護套的B型鉑銠熱電偶和紅外熱溫儀配合組成，在1600度以下，將熱電偶通過爐體的小孔插入爐體內測溫；高于1600度后，退出熱電偶，啟用紅外測溫儀，通過爐體中心的測溫孔對準試樣的中心位置來測溫；

控制電柜（10）為加熱和水冷操作系統，具有溫控顯示器；通過開關可啟動或停止加熱和水冷系統，通過溫控系統可調節加熱速率；

加載儀（7）具有施加拉伸、壓縮、彎曲和剪切載荷的基本功能，配合壓力感器形成加載系統；

顯示分析系統（3）為計算機系統，其中裝載運算式；加載儀（7）與顯示分析系統（3）信號線連接，顯示分析系統（3）接收加載儀（7）傳輸的信號依據運算式計算出各測量項的數值并顯示結構。

2.如權利要求1所述的力學性能測試裝置，其特征是，所述發熱體（9）的數量為6-24根。

3.如權利要求1所述的力學性能測試裝置，其特征是，所述發熱體的制備方法為：

1)針對梯度陶瓷管的各段成分不同，取不同配方量的粒徑為0.8-2μm的硼化鋯、粒徑為1.0-1.5μm的碳化硅和粒徑為10-30μm的石墨為配料，其中，按體積百分比，冷端材料配比：硼化鋯40-75％、碳化硅10-30％、石墨15-30％，過渡段材料配比：硼化鋯50-85％、碳化硅10-30％、石墨5-20％，熱端材料配比：硼化鋯70-90％、碳化硅10-30％；以酒精為溶劑；放入裝有SiC陶瓷球的球磨罐，其中，陶瓷球：配料：酒精的體積比1：1～1.5：2～4；

2)將球磨罐放在行星球磨機中進行球磨，球磨機的運行速度為150-250轉/分鐘，球磨時間為8-24小時；將混合料在旋轉蒸發器中烘干，其中，水浴溫度為60-85度，旋轉瓶轉速為15-60轉/分，烘干時間為1-5小時；烘干后的混合粉過30-100目篩；

3)將過篩后不同梯度層的混合粉依次裝入成型模具，每裝入一層用壓桿預壓后再裝入下一層，然后進行冷等靜壓成型，成型壓力150-300MPa，保壓時間1-20分鐘，坯體的干燥溫度為50-90度，干燥時間為2-6小時；

4)在惰性氣氛中進行無壓燒結，燒結溫度為1900-2100度，保溫時間為0.5-3小時，升溫速度和降溫速度為10-25度/分鐘；冷卻至60度以下后打開爐門，取出試樣；冷卻后用砂紙打磨成為產品。

4.如權利要求1所述的力學性能測試裝置，其特征是，所述導電金屬箔為銀箔或銅箔，所述導電金屬絲為鋁絲或銀絲。

5.如權利要求1所述的力學性能測試裝置，其特征是，所述引伸儀（1）為超高溫引伸儀。

6.如權利要求1所述的力學性能測試裝置，其特征是，用于拉伸測試的內部結構組成為：耐超高溫的陶瓷上夾具頭（203）和下夾具頭（206）連接至陶瓷上拉桿（207）和下拉桿（202）上；拉桿通過高溫合金銷軸分別連接于上連桿（208）和下連桿（201）上；下連桿（201）通過不銹鋼螺母連接于電子萬能試驗機（5）的底座上，而上連桿（208）通過接頭與壓力傳感器（209）連接，然后與端部連接件（210）固定與電子萬能試驗機（5）的上橫梁；另外，超高溫引伸儀（204）從側面插入爐內試樣（205）的標距上。