CN101187611B

CN101187611B - 一种测定非金属材料高温耐压强度的加热装置

Info

Publication number: CN101187611B
Application number: CN200710053796A
Authority: CN
Inventors: 葛山; 尹玉成
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: CN101187611A

Abstract

本发明涉及一种测定非金属材料高温耐压强度的加热装置。其方案是固定在水冷金属密封箱3底部中心的金属水冷底座23上设置有支撑棒21，放置在支撑棒21上端的待测试样20的外部同心设置有石墨环19和感应线圈4，感应线圈4通过绝缘垫圈2与感应炉1连接。放在待测试样20上面的上压棒8的上端发置有水冷压头7，水冷金属密封箱3放在压力机的底座22上，压力机的上压头9压在水冷压头7上。在水冷金属密封箱3的一侧设置有石英玻璃窗13，红外测温仪14的接收端对准待测试样20，红外测温仪14的输出端与计算机15连接，计算机15内的控温程序与感应炉1的控制端连接。本发明体积小、结构简单、维护量少、使用温度高、测定材料的范围广。

Description

一种测定非金属材料高温耐压强度的加热装置

技术领域：

本发明属于测定非金属材料性能的加热装置。具体涉及一种测定非金属材料高温耐压强度的加热装置。

背景技术：

非金属材料的高温耐压强度是材料的一项力学指标。测定非金属材料高温下的耐压强度值，需要将材料加热到测定温度，不同的加热装置所采用的加热体不同：一是传统的加热体，即加热材料是用电炉丝作为发热体，其升温速率慢，测定温度低；二是用贵金属做发热体，如铂金丝、铂铑带，虽可提高测试温度，但价格昂贵、升温速率依然很慢，且贵金属发热体极易损坏，需经常维护；三是用碳化硅棒或硅钼棒做发热体，由于发热体结构及尺寸的原因，加热设备需做的很大，在与压力机配合使用时要求压力机要有较大的空间来安放试样的加热设备，因而对压力机提出了较高的要求。

另外，为了对试样进行加压，压在试样两端的加压棒必须伸出加热设备，由加压棒把压力机的压力传递给试样，要测定高温下的耐压强度，压在试样两端的加压棒温度也很高，导致加压棒与加热炉之间无法密封，再加上上述设备的发热体只能在空气气氛下工作，从而使得设备无法在真空或保护性气体气氛下工作。

因此，上述发热体制成的高温耐压强度测定的加热装置限制了使用范围，使许多在高温下易氧化的材料和需要在真空或保护性气体气氛下工作的材料的高温耐压强度无法测定。

发明内容：

本发明旨在解决上述问题，目的是提供一种结构简单、体积小、升温速度快、使用温度高、维护工作量少、能在空气气氛或真空或保护性气体气氛条件下测定非金属材料高温耐压强度的加热装置。

为实现上述任务，本发明采用的技术方案是：在水冷金属密封箱的底部中心固定有金属水冷底座，在金属水冷底座上设置有一根支撑棒，待测高温耐压强度的非金属材料试样(以下简称待测试样)放置在支撑棒的上端。待测试样的外部同心设置有石墨环，在石墨环外同心套有感应线圈，石墨环与感应线圈等高，感应线圈通过绝缘垫圈与感应炉连接。在待测试样上放有上压棒，上压棒上设置有一个水冷压头，水冷压头的上端伸出水冷金属密封箱，水冷压头和水冷金属密封箱之间采用密封圈密封。水冷金属密封箱放在压力机的底座上，压力机的上压头压在水冷压头上。

在水冷金属密封箱的一侧设置有石英玻璃窗，石英玻璃窗的外部设有红外测温仪，红外测温仪的接收端与石英玻璃窗的中心、石墨环的圆孔中心、待测试样的中部在一条直线上，红外测温仪的输出端与计算机连接，计算机内的控温程序与感应炉的控制端连接，感应炉的输出端与感应线圈连接。抽真空装置、气源分别与水冷金属密封箱的加热室相通。

在上述技术方案中：支撑棒、上压棒的材质为刚玉质、SiC质、氧化锆质、高强石墨质、高温耐热合金中的一种；抽真空装置或使用或不使用，使用时抽真空至水冷金属密封箱的剩余压力小于2500Pa；气源为N₂、Ar、CO₂气体中的一种或一种以上；石墨环的壁厚为2～20mm、高度为待测试样高度的1.2～2.0倍，在石墨环的环体一侧开有一直径为10～15mm的圆孔；石墨环与感应线圈的间隙为2～10mm。

待测试样若为圆柱体时，该圆柱体与石墨环内壁的间隙为1～5mm；待测试样若为立方体时，该立方体的四角与石墨环内壁的间隙为1～5mm。

感应炉或为中频感应炉、或为超音频感应炉，功率为1～100KW，工作电压为380V，升温速率为1～150℃/min，加热温度为室温～2000℃。中频感应炉的工作频率为200～2500HZ；超音频感应炉的工作频率为10～45KHZ。

由于采用上述方案，本发明采用感应炉加热方式代替电炉丝、贵金属、碳化硅或硅钼棒对试样进行加热，从而使该装置体积小、结构简单、维护工作量少，同时还实现了不同试样材料不同速率的快速升温，最高温度可达到2000℃，使用温度高。本发明还配备了抽真空和气体保护装置，能在空气气氛或真空或保护性气体气氛条件下测定材料高温耐压强度，扩大了该装置所能测定材料的范围。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1一种测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，如图1所示，在水冷金属密封箱3的底部中心固定有金属水冷底座23，在金属水冷底座23上设置有一根支撑棒21，待测高温耐压强度的非金属材料试样(以下简称待测试样)20放置在支撑棒21的上端。待测试样20为φ50mm×50mm的圆柱体、材质为高铝砖。在待测试样20的外部同心设置有石墨环19，石墨环19与待测试样20的间隙为2～3mm，石墨环19的壁厚为10～12mm，石墨环19的环体一侧开有一直径为10～12mm的圆孔。

在石墨环19外同心套有感应线圈4，位于石墨环19圆孔处的感应线圈4的线圈留有该孔孔径相等的间隙。感应线圈4与石墨环19的高度均为75mm，石墨环19与感应线圈4的间隙为3～5mm，感应线圈4通过绝缘垫圈2与感应炉1连接。

在待测试样20的上面放有一根上压棒8，上压棒8与支撑棒21的材质均为刚玉质材料。上压棒8上设置有一个能上下活动的水冷压头7，水冷压头7上端伸出5～10mm到水冷金属密封箱3外。水冷压头7由限位螺栓5控制下降高度，水冷压头7和水冷金属密封箱3之间采用密封圈6密封。水冷金属密封箱3放在压力机的底座22上，压力机的上压头9压在水冷压头7上。

在水冷金属密封箱3的一侧设置有石英玻璃窗13，石英玻璃窗13的外部设有红外测温仪14，红外测温仪14的接收端与石英玻璃窗13的中心、石墨环19的圆孔中心、待测试样20的中心在一条直线上，红外测温仪14的接收端对准待测试样20，红外测温仪14的输出端与计算机15连接，计算机15内的控温程序与感应炉1的控制端连接，感应炉1的输出端与感应线圈4连接。抽真空装置17、气源18分别与水冷金属密封箱3的加热室相通。

本实施例是在空气常压下进行加热，感应炉1为中频感应炉，其功率为30～50KW、工作频率为2000～2500HZ、工作电压为380V、升温速率为8～10℃/min、加热温度为1500℃。

本实施例的使用过程是：先把水冷金属密封箱3放在压力机的底座22与上压头9之间，打开水冷金属密封箱3的密封门12，抽出水冷金属密封箱3内的金属水冷底座23，在感应线圈4内放入石墨环19，在石墨环19内装入待测试样20，放入支撑棒21，还原推进金属水冷底座23；调整上压头7、下支撑棒21与试样20的中心在一条直线上，关闭水冷金属密封箱3的密封门12，旋紧炉门紧固螺母11，压紧硅橡胶密封圈10使水冷金属密封箱3密封；打开冷却水进水管24向水冷金属密封箱3、水冷底座23和上压头7内注入冷却水，每个水冷装置的冷却水畅通，冷却水通过冷却水出水管25排出；打开计算机15内的程序控温系统，接通中频感应炉1和红外测温仪14的电源开关，以8～10℃/min的升温速率对待测试样20进行加热，红外测温仪14监控升温过程，当温度达到1500℃时，开启计算机15控制的压力机进行高温耐压强度的测定，记录并保存测定结果，与计算机15连接的显示器16显示测定的过程和结果。

实施例2一种测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其结构如图1所示，试样20为镁碳质材料，形状为50mm×50mm×50mm的正方体，石墨环19内壁与待测试样20的四个角的间隙为2～3mm，上压棒8与支撑棒21的材质均为高强石墨质。其它同实施例1所述。

本实施例在使用时，与实施例1不同的是：加热前先开启抽真空装置17进行抽真空，抽真空至水冷金属密封箱3内的剩余压力小于2500Pa。再打开气源18对水冷金属密封箱3内充入N₂，充入的N₂气压略大于1个大气压即可。加热温度为1650℃，加热炉为超音频感应炉，功率为30～50KW，工作电压为380V，升温速率为10～20℃/min，工作频率为10～45KHZ。

本具体实施方式采用感应炉加热方式代替电炉丝、贵金属、碳化硅或硅钼棒对试样进行加热，从而使该装置体积小、结构简单、维护工作量少，同时也实现了不同速率的快速升温，最高温度可达到2000℃、使用温度高。本发明还配备了抽真空和气体保护装置，能在空气气氛或真空或保护性气体气氛条件下测定材料高温耐压强度，扩大了该装置所能测定材料的范围。

Claims

1.一种测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于在水冷金属密封箱[3]的底部中心固定有金属水冷底座[23]，在金属水冷底座[23]上设置有一根支撑棒[21]，待测试样[20]放置在支撑棒[21]的上端；待测试样[20]的外部同心设置有石墨环[19]，在石墨环[19]外同心套有感应线圈[4]，石墨环[19]与感应线圈[4]等高，感应线圈[4]通过绝缘垫圈[2]与感应炉[1]的输出端连接；在待测试样[20]上放有上压棒[8]，上压棒[8]上设置有一个水冷压头[7]，水冷压头[7]上端伸出5～10mm到水冷金属密封箱[3]外，水冷压头[7]和水冷金属密封箱[3]之间采用密封圈[6]密封；水冷金属密封箱[3]放在压力机的底座[22]上，压力机的上压头[9]压在水冷压头[7]上；

水冷金属密封箱[3]的一侧设置有石英玻璃窗[13]，石英玻璃窗[13]的外部设有红外测温仪[14]，红外测温仪[14]的接收端与石英玻璃窗[13]的中心、石墨环[19]的圆孔中心、待测试样[20]的中部在一条直线上，红外测温仪[14]的输出端与计算机[15]连接，计算机[15]内的控温程序与感应炉[1]的控制端连接，感应炉[1]的输出端与感应线圈[4]连接；抽真空装置[17]、气源[18]分别与水冷金属密封箱[3]的加热室相通。

2.根据权利要求1所述的测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于所述的支撑棒[21]、上压棒[8]的材质为刚玉质、SiC质、氧化锆质、高强石墨质、高温耐热合金中的一种。

3.根据权利要求1所述的测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于所述的石墨环[19]的壁厚为2～20mm、高度为待测试样[20]高度的1.2～2.0倍，在石墨环[19]的环体一侧开有一直径为10～15mm的圆孔；石墨环[19]与感应线圈[4]的间隙为2～10mm。

4.根据权利要求1所述的测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于所述的待测试样[20]若为圆柱体时，该圆柱体与石墨环[19]内壁的间隙为1～5mm；待测试样[20]若为立方体时，该立方体的四角与石墨环[19]内壁的间隙为1～5mm。

5.根据权利要求1所述的测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于所述的抽真空装置[17]或使用或不使用，使用时抽真空至水冷金属密封箱[3]内的剩余压力小于2500Pa。

6.根据权利要求1所述的测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于所述的气源[18]为N₂、Ar、CO₂气体中的一种。

7.根据权利要求1所述的测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于所述的感应炉[1]或为中频感应炉、或为超音频感应炉，功率为1～100KW，工作电压为380V，升温速率为1～150℃/min，加热温度为室温～2000℃。

8.根据权利要求7所述的测定非金属材料高温耐压强度的加热装置，其特征在于所述的中频感应炉的工作频率为200～2500HZ；超音频感应炉的工作频率为10～45KHZ。