CN104749046A - 轴向全浮动式微型超高温力学实验装置 - Google Patents

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魏榛
马树明
彭向和
陈校生
周子源
杨昌棋
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Abstract

一种轴向全浮动式微型超高温力学实验装置，包括底板(1)、左滑块(2)、右滑块(3)、夹头(4)、电极(5)、小电极座(6)、大电极座(7)、滑轨(8)、压条(9)、力传感器(10)、力传感器接块(11)、挡块(12)、陶瓷垫片(13)，底板(1)左端中部的通槽用于固定力传感器(10)，左滑块(2)与底板(1)间安装两对滑轨(8)及压条(9)，夹头(4)与左滑块(2)间为陶瓷垫片(13)，使左滑块(2)与夹头(4)绝缘隔离，四块电极(5)、大电极座(7)及小电极座(6)一起置于夹头(4)的槽中，除在与传感器相接部分不同外，右滑块(3)与左滑块(2)关于滑动方向结构对称，右滑块(3)与底板(1)、滑轨(8)、夹头(4)、陶瓷垫片(13)的装配与左滑块(2)完全相同，右滑块(3)的外端面与外部的驱动装置相接，驱动装置与力传感器(10)同轴。

Description

轴向全浮动式微型超高温力学实验装置
技术领域
本发明属于力学实验装置，具体涉及一种轴向全浮动式微型超高温力学实验装置。
背景技术
超高温陶瓷是一种新型的应用于航空航天领域的一类复合材料总称，熔点高于3000摄氏度，可以在2000摄氏度以上工作，主要是铪、锆、钽等形成的硼化物、碳化物以及氮化物。该类陶瓷材料有良好的导电性、传热性，高温下稳定的化学、力学性质，和较强的抗氧化性等性质，因此广泛应用于高速飞行器、再入航天工程等。目前对超高温陶瓷的实验研究是比较困难的，主要表现为陶瓷试件的加热和在极端热与气氛中实验装备的抵抗能力。传统的电加热炉加热试件，不仅能耗大、效率低，而且对实验装备也有极高的要求。CN101788225A公开了一种超高温加热炉，其包括变压器、控制器、炉体、感应器、保温绝缘材料以及炉膛、红外测温仪、循环水冷却装置，通过交变磁场穿过陶瓷材料，在炉膛内形成一个高温环境。这种典型的电炉加热方式，炉体与试件一起加热，对炉体要求极高，若同时进行力学实验，拉压装置也需要在高温下工作，不仅成本高，也是一种浪费。
发明内容
本发明就是为了克服上述背景技术的不足，提供一种对导电材料进行加热和力学实验的轴向全浮动式微型超高温力学实验台。
本发明利用焦耳原理提供了一种高效的加热方式，采用水平交叉滚子滑轨实现传感器侧和驱动侧全可滑动，斜口钨铜夹头增加夹持效果，两滑台中间的空间便于安装位移传感器，从而直接测出夹头间的变形量，整个装置高度精确、紧凑，能够适应昂贵材料的机理的实验。
本发明所涉及的一种轴向全浮动式微型超高温力学实验装置，包括底板、左滑块、右滑块、夹头、电极、小电极座、大电极座、滑轨、压条、力传感器、力传感器接块、挡块、陶瓷垫片；底板呈“凸”字型，其下表面为平面，上表面中间凸，长度方向端部各固定有两个挡块，用于阻止左滑块、右滑块滑出底板，底板左端中部的通槽用于固定力传感器；底板下面有槽和螺纹孔，左滑块左端通过底板对应的槽和螺纹孔与力传感器接块相连，力传感器测力端与力传感器接块间有微小空隙，用来消除未加载时试件的热鼓胀的影响，左滑块沿滑动方向下部开槽，左滑块与底板间安装两对滑轨及压条，滑轨的高钢性保证左滑块只能沿滑轨方向滑动，且不会发生晃动，左滑块在垂直滑动方向的水平槽内嵌有夹头；压条置于左滑块下部的槽中的一侧，与左滑块、底板及一对滑轨接触，通过左滑块右端面上的预紧孔将两对滑轨紧密地压在底板上，此时滑轨完全支撑起左滑块；夹头与左滑块间为陶瓷垫片，使左滑块与夹头相隔离，保证左滑块绝缘；完全相同的电极共有四块，四块电极分为两组，每块电极呈楔形状，每组的一块电极卡入大电极座内，另一块卡入小电极座内，然后大电极座、小电极座及两块电极一起置于夹头的水平且垂直于底板长度方向的槽中，小电极座置于夹头的自紧装置一侧，从而不仅保证试件处于滑台的中间，避免偏心拉压，而且楔形电极可以增加夹持效果，试件受力越大夹持越紧，电极表面有用来固定导电垫片的孔，减少电极消耗；除在与传感器相接部分不同外，右滑块与左滑块关于滑动方向结构对称，右滑块与底板、滑轨、夹头、陶瓷垫片的装配与左滑块完全相同，右滑块的外端面与外部的驱动装置相接，驱动装置与力传感器同轴。
本发明中，底板、左滑块、右滑块、压条、挡块、电极、大电极座、小电极座、力传感器拉块均为加工件，陶瓷垫片、滑轨与夹头为成品，所有零件均可以在真空环境中工作。左滑块与力传感器相连，右滑块与驱动装置相连，均可运动，滑轨的高钢性保证左滑块与右滑块仅延一个方向滑动，避免晃动。大电极座与小电极座厚度不同，使得电极在夹紧试件后的位置处于滑台中心线上，避免偏心拉压，而且楔形电极可以增加夹持效果。浮动结构方便安装位移传感器，可以直接测夹头间的变形量，整个浮动式力学实验台高度精确、紧凑，能够适应昂贵材料的机理实验，尤其对小尺寸试件效果更佳。
本发明利用交叉滑动滚子高钢性的特性，不但使力传感器侧与驱动侧都可以运动，还能保证运动的平稳性，便于安装位移传感器，与其他发明相比，本发明有如下优点：
(1)本发明可以在超高温条件下进行，温度最高可达材料的熔点，且可以在高温下进行拉压力学性能测试；
(2)本发明在力传感器侧和驱动侧同轴，且都可以滑动，方便安装位移传感器。
(3)本发明使用的楔形电极，可以增加夹持效果。
(4)本发明结构简单，体型小巧，高度精确、紧凑，组装速度快、成本低，能够适应昂贵材料的机理实验，适合于实验室使用。
附图说明
图1是本发明的实验装置整体结构示意图；
图2是本发明的底板1、滑轨8及左滑块2装配示意图；
图3是本发明的左滑块2、夹头4及电极5装配示意图；
上述图中：
1、底板；2、左滑块；3、右滑块；4、夹头；5、电极；6、小电极座；7、大电极座；8、滑轨；9、压条；10、力传感器；11、力传感器拉块；12、挡块；13、陶瓷垫片。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。
实施例
本实施例所涉及的轴向全浮动式微型超高温力学实验装置，其作用如图1、图2、图3所示，其中，图1为实验装置整体示意图，包括底板1、左滑块2、右滑块3、夹头4、电极5、小电极座6、大电极座7、滑轨8、压条9、力传感器10、力传感器接块11、挡块12，陶瓷垫片13。底板1呈“凸”字型，其下表面为平面，上表面中间凸，长度方向端部各固定有两个挡块12，用于阻止左滑块2、右滑块3滑出底板1，底板1左端中部的通槽用于固定力传感器10；底板1下面有槽和螺纹孔，左滑块2左端通过底板1对应的槽和螺纹孔与力传感器接块11相连，力传感器10测力端与力传感器接块11间有微小空隙，用来消除未加载时试件的热鼓胀的影响，左滑块2沿滑动方向下部开槽，左滑块2与底板1间安装两对滑轨8及压条9，滑轨8的高钢性保证左滑块2只能沿滑轨8方向滑动，且不会发生晃动，左滑块2在垂直滑动方向的水平槽内嵌有夹头4；压条9置于左滑块2下部的槽中的一侧，与左滑块2、底板1及一对滑轨8接触，通过左滑块2右端面上的预紧孔将两对滑轨8紧密地压在底板1上，此时滑轨8完全支撑起左滑块2；夹头4与左滑块2间为陶瓷垫片13，使左滑块2与夹头4相隔离，保证左滑块2绝缘；完全相同的电极5共有四块，四块电极分为两组，每块电极5呈楔形状，每组的一块电极5卡入大电极座7内，另一块卡入小电极座6内，然后大电极座7、小电极座6及两块电极5一起置于夹头4的水平且垂直于底板1长度方向的槽中，小电极座6置于夹头4的自紧装置一侧，从而不仅保证试件处于滑台的中间，避免偏心拉压，而且楔形电极5可以增加夹持效果，试件受力越大夹持越紧，电极5表面有用来固定导电垫片的孔，减少电极5消耗；除在与传感器相接部分不同外，右滑块3与左滑块2关于滑动方向结构对称，右滑块3与底板1、滑轨8、夹头4、陶瓷垫片13的装配与左滑块2完全相同，右滑块3的外端面与外部的驱动装置相接，驱动装置与力传感器10同轴。

Claims (1)

1.一种轴向全浮动式微型超高温力学实验装置，包括底板(1)、左滑块(2)、右滑块(3)、夹头(4)、电极(5)、小电极座(6)、大电极座(7)、滑轨(8)、压条(9)、力传感器(10)、力传感器接块(11)、挡块(12)、陶瓷垫片(13)，其特征是：底板(1)呈“凸”字型，其下表面为平面，上表面中间凸，长度方向端部各固定有两个挡块(12)，用于阻止左滑块(2)、右滑块(3)滑出底板(1)，底板(1)左端中部的通槽用于固定力传感器(10)；底板(1)下面有槽和螺纹孔，左滑块(2)左端通过底板(1)对应的槽和螺纹孔与力传感器接块(11)相连，力传感器(10)测力端与力传感器接块(11)间有微小空隙，用来消除未加载时试件的热鼓胀的影响，左滑块(2)沿滑动方向下部开槽，左滑块(2)与底板(1)间安装两对滑轨(8)及压条(9)，滑轨(8)的高钢性保证左滑块(2)只能沿滑轨(8)方向滑动，且不会发生晃动，左滑块(2)在垂直滑动方向的水平槽内嵌有夹头(4)；压条(9)置于左滑块(2)下部的槽中的一侧，与左滑块(2)、底板(1)及一对滑轨(8)接触，通过左滑块(2)右端面上的预紧孔将两对滑轨(8)紧密地压在底板(1)上，此时滑轨(8)完全支撑起左滑块(2)；夹头(4)与左滑块(2)间为陶瓷垫片(13)，使左滑块(2)与夹头(4)相隔离，保证左滑块(2)绝缘；完全相同的电极(5)共有四块，四块电极分为两组，每块电极(5)呈楔形状，每组的一块电极(5)卡入大电极座(7)内，另一块卡入小电极座(6)内，然后大电极座(7)、小电极座(6)及两块电极(5)一起置于夹头(4)的水平且垂直于底板(1)长度方向的槽中，小电极座(6)置于夹头(4)的自紧装置一侧，从而不仅保证试件处于滑台的中间，避免偏心拉压，而且楔形电极(5)可以增加夹持效果，试件受力越大夹持越紧，电极(5)表面有用来固定导电垫片的孔，减少电极(5)消耗；除在与传感器相接部分不同外，右滑块(3)与左滑块(2)关于滑动方向结构对称，右滑块(3)与底板(1)、滑轨(8)、夹头(4)、陶瓷垫片(13)的装配与左滑块(2)完全相同，右滑块(3)的外端面与外部的驱动装置相接，驱动装置与力传感器(10)同轴，左滑块(2)与力传感器(10)相连，右滑块(3)与驱动装置相连，均可运动，滑轨(8)的高钢性保证左滑块(2)与右滑块(3)仅沿一个方向滑动，避免晃动，大电极座(7)与小电极座(6)厚度不同，使得电极(5)在夹紧试件后的位置处于滑台(4)中心线上，避免偏心拉压，而且楔形电极(5)可以增加夹持效果。
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