[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?zhí)枺?/td>: 201220575208.2
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN202837109U
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛風(fēng)雷;趙云淦;卓衛(wèi)乾;齊厚博
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于核反應(yīng)堆材料測量技術(shù)領(lǐng)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(shù)

高溫氣冷堆是我國最有發(fā)展前景的反應(yīng)堆堆型之一，其高溫工藝熱應(yīng)用于制氫時，需要一個中間熱交換器將反應(yīng)堆的熱量引入工藝系統(tǒng)。當(dāng)堆芯出口溫度在1000℃左右時，熱交換器雖可選擇現(xiàn)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(fā)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(huán)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(chǎn)品氫氣受到氦氣的污染（反應(yīng)堆冷卻劑氦氣從熱交換器的熱側(cè)滲透到冷側(cè)），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?fù)Q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(yīng)用于高溫?fù)Q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(tǒng)的方法是靜態(tài)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(tài)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(jīng)過改進的靜態(tài)法、聲頻法、壓環(huán)法等，但這些方法測量過程過于復(fù)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(shù)進行測量。

傳統(tǒng)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(shù)，而設(shè)計出一套既能夠準(zhǔn)確測定碳化硅陶瓷材料的楊氏模量，又能夠準(zhǔn)確測定高壓下氦氣對材料的滲透常數(shù)的實驗裝置，在工程領(lǐng)域，特別是核能制氫工藝中，有很高的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)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(shù)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(shè)置圓形通孔，其上表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；

上卡具有兩種結(jié)構(gòu)形式：

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

第二種上卡具的中心部位設(shè)置圓形通孔，其下表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；該圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑均分別與下卡具的圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑相同，該圓形通孔的內(nèi)徑大于下卡具圓形通孔的內(nèi)徑，且小于環(huán)形槽的內(nèi)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(huán)形槽內(nèi)分別放置O型環(huán)，試樣放置于上卡具和下卡具間的圓形槽內(nèi)；

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(jié)構(gòu)為：電阻R₁、R₂、R₃、R_g依次連接構(gòu)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(shè)置電壓輸出表V_out，電橋的A點和B點間設(shè)置電壓輸入表V_in，電橋的A點與電源負(fù)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(yīng)變片，粘貼于試樣的上表面。

所述高壓軟管上設(shè)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(shè)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(shù)，成本低廉，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是第一種上卡具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是第二種上卡具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是下卡具的結(jié)構(gòu)示意圖。