[實用新型]可同時測量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測量裝置

有效

• 申請號: 201220575208.2
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN202837109U
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 牛風雷;趙云淦;卓衛乾;齊厚博
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N15/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本實用新型屬于核反應堆材料測量技術領域，涉及一種可同時測量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測量裝置。

背景技術

高溫氣冷堆是我國最有發展前景的反應堆堆型之一，其高溫工藝熱應用于制氫時，需要一個中間熱交換器將反應堆的熱量引入工藝系統。當堆芯出口溫度在1000℃左右時，熱交換器雖可選擇現有的耐高溫合金材料，但考慮到堆芯出口超過1000℃，或者瞬時工況、事故工況時，則必須開發新型的耐高溫碳化硅陶瓷材料。

由于這種換熱器在運行中處于高溫高壓差環境下，所以需要考慮在高溫高壓工況下，換熱器所用的材料是否能滿足機械性能要求；另外，由于需要避免產品氫氣受到氦氣的污染（反應堆冷卻劑氦氣從熱交換器的熱側滲透到冷側），則需要研究熱交換器材料在高壓差下的氣密性。

碳化硅陶瓷材料是制作高溫換熱器的有前景的備選材料，由于碳化硅陶瓷材料的固有脆性，承受較大形變時容易碎裂，所以需對材料進行楊氏模量的測定；而且碳化硅陶瓷材料的致密性差，應用于高溫換熱器時需覆涂層以減少氦氣滲透，所以需要對覆涂層的材料進行氣密性實驗。

對楊氏模量的測量，最傳統的方法是靜態法，該方法要求被測樣品需要具備一定的韌性，但是碳化硅陶瓷材料的脆性使其不能夠承受稍微大一點的形變，故靜態法無法測出其彈性模量的值。目前能測這種脆性材料的彈性模量的方法主要有經過改進的靜態法、聲頻法、壓環法等，但這些方法測量過程過于復雜，或者代價過于高昂，而且這些方法在不能對材料的氦氣滲透常數進行測量。

傳統的楊氏模量測量儀無法測定脆性材料的楊氏模量，且需額外實驗測定高壓氦氣對其的滲透常數，而設計出一套既能夠準確測定碳化硅陶瓷材料的楊氏模量，又能夠準確測定高壓下氦氣對材料的滲透常數的實驗裝置，在工程領域，特別是核能制氫工藝中，有很高的應用價值。

發明內容

本實用新型針對脆性陶瓷材料的特點，提供一種可同時測量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測量裝置。

本實用新型所采用的技術方案是：

該測量裝置包括氦氣瓶、高壓軟管、卡具及測量電路，卡具由上卡具和下卡具通過螺栓連接組成；

下卡具的中心部位設置圓形通孔，其上表面設置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內設置與圓形通孔同心的環形槽；

上卡具有兩種結構形式：

第一種上卡具的中心部位設置圓形通孔，其下表面設置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內設置與圓形通孔同心的環形槽；該圓形通孔的內徑、圓形槽的內徑及環形槽的內外徑均分別與下卡具的圓形通孔內徑、圓形槽的內徑及環形槽的內外徑相同；

第二種上卡具的中心部位設置圓形通孔，其下表面設置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內設置與圓形通孔同心的環形槽；該圓形槽的內徑及環形槽的內外徑均分別與下卡具的圓形槽的內徑及環形槽的內外徑相同，該圓形通孔的內徑大于下卡具圓形通孔的內徑，且小于環形槽的內徑；

氦氣瓶通過高壓軟管與下卡具的圓形通孔連接；上卡具和下卡具的環形槽內分別放置O型環，試樣放置于上卡具和下卡具間的圓形槽內；

所述測量電路為惠斯通電橋電路，與第二種上卡具配合使用，具體結構為：電阻R₁、R₂、R₃、R_g依次連接構成電橋，R₁與R₂之間、R₂與R₃之間、R₃與R_g之間、R_g與R₁之間的連接點分別定義為A點、B點、C點和D點；在電橋的C點和D點間設置電壓輸出表V_out，電橋的A點和B點間設置電壓輸入表V_in，電橋的A點與電源負極連接，電橋的B點與滑動變阻器R_r連接后與電源的正極連接；R_g為電阻應變片，粘貼于試樣的上表面。

所述高壓軟管上設置減壓閥及氣壓表。

所述第二種上卡具的圓形通孔的上部設置錐面的倒角。

本實用新型的有益效果為：

可以用同一套裝置測量脆性陶瓷材料（如碳化硅）的楊氏模量和氦氣滲透常數，成本低廉，結構簡單。

附圖說明

圖1是本實用新型所述的實驗裝置的整體結構示意圖。

圖2是第一種上卡具的結構示意圖。

圖3是第二種上卡具的結構示意圖。

圖4是下卡具的結構示意圖。