CN107389444A - 一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统 - Google Patents

一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,所述系统包括:夹具和变形测量系统,夹具将陶瓷材料样品进行夹持固定,在施加变形压力后将变形量传递给变形测量系统,通过变形测量系统计算出陶瓷材料样品的变形量;其中,变形测量系统中的引伸计外设有隔热屏,隔热屏内设有冷却循环水,解决了陶瓷材料高温弯曲试验中环境温度高、材料变形量难以测量的问题,同时其采用常温引伸计测量高温环境下的陶瓷变形,具有较高的经济价值。

Description

一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统
技术领域
本发明涉及陶瓷力学试验装置领域,具体地,涉及一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统。
背景技术
在材料性能试验手段中,弯曲试验是表征脆性材料及某些低塑性材料力学性能的一种重要方法。陶瓷材料在弯曲过程中,变形量小,难以测量,通常的弯曲试验仅测量陶瓷断裂时的载荷,相应的弯曲试验夹具系统无法对陶瓷材料弯曲过程发生的变形量进行测量。而在计算陶瓷材料的本构方程,推导陶瓷材料的物理性质时,变形量是必须的参数,因此,测量陶瓷材料弯曲过程中的变形量具有重要的工程意义。
一般的弯曲试验夹具都包括压头和支座。压头为施力构件,支座是由底座,支辊、连接板等组成的一体化构件,支座上两个对称的支辊支撑着陶瓷试样。在试验过程中,需将陶瓷试样水平放置在支辊上,试样方向与支辊方向垂直,并在竖直方向与压杆压头保持垂直。通常的陶瓷试验夹具仅能提供支撑作用,现有的夹具能提供对中和夹持功能,但仍然无法对陶瓷高温三点弯曲过程的变形量进行测量。
发明内容
本发明提供了一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,为了测量陶瓷材料在高温弯曲试验过程中的变形,同时也可用于常温弯曲试验变形的测量。本发明设计的试验夹具系统解决了陶瓷材料高温弯曲试验中环境温度高、材料变形量难以测量的问题,同时其采用常温引伸计测量高温环境下的陶瓷变形,具有较高的经济价值。
为实现上述发明目的,本申请提供了一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,所述系统包括:
夹具和变形测量系统,夹具将陶瓷材料样品进行夹持固定,在施加变形压力后将变形量传递给变形测量系统,通过变形测量系统计算出陶瓷材料样品的变形量;其中,变形测量系统中的引伸计外设有隔热屏,隔热屏内设有冷却循环水。
其中,测量环境处于在高温真空环境箱中,但引伸计位置远离高温区域,上端有隔热屏保护,周围有循环水冷却,引伸计周围温度并不高,因此使用常温引伸计即可完成对高温变形量的测量。
进一步的,夹具包括:底座、第一垫块、第一夹板、第二夹板、第二垫块、上压杆、下顶杆、引伸杆;其中,底座上表面从左到右依次固定有:第一垫块、第一夹板、第二夹板、第二垫块,第一夹板与第二夹板之间的测量间隙夹持有上压杆、第一夹板与第二夹板上开设有用于陶瓷材料样品穿过的水平固定孔,底座下端与下顶杆上端连接,底座与下顶杆均开设有变形测量通道,引伸杆位于变形测量通道内,变形测量通道的中心线与测量间隙的中心线重合。
其中,在测量时,首先将陶瓷材料样品穿过的水平固定孔,然后利用上压杆施加压力进行测量,变形量通过引伸杆传递到变形测量系统计算出变形量。
其中,变形测量通道内设有石墨环。起导向并减少变形传导摩擦的作用。
其中,变形测量通道内设有导向套。利用导向套便于引伸杆的导向移动。
其中,下顶杆包括上下两部分,上下两部分通过接头进行连接。
其中,变形测量系统包括:顶板、引伸计、光栅定位套、托盘、导杆、支撑弹簧;其中,顶板左端与引伸杆右侧连接,引伸杆下端与引伸计连接,引伸计与光栅定位套连接,光栅定位套与托盘连接,导杆上端与顶板右端连接,导杆下端与托盘连接,导杆外设有支撑弹簧。
其中,导杆和支撑弹簧对顶杆起支撑作用,主要用于抵消引伸杆的重力,减少对引伸计测量的干扰。引伸计可以采用侧引线光栅,精度可达1μm,量程可达12mm,主要用于完成对变形量的测量。尽管引伸计仍处于在高温真空环境箱中,但其位置远离高温区域,上端有隔热屏保护,周围有循环水冷却,引伸计周围温度并不高,因此使用常温引伸计即可完成对高温变形量的测量。光栅定位套主要用于引伸计的定位,托盘主要用于支撑和固定导杆。
其中,所述夹具包括2个上压杆。进行四点弯曲试验时,仅需修改夹具顶部限位,将上压杆由1根变为2根即可。
本申请提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本发明可以有效地配合陶瓷材料高温弯曲试验,获得陶瓷材料的实时变形量。依靠底座设计限制试样位置,确保试样处于弯曲试验状态,获得准确的弯曲试验跨距,同时借助变形测量系统,在不影响试样的弯曲试验状态和高温真空环境的条件下,提供了对试样变形的实时测量。利用该夹具配合变形引伸杆,能够有效地避免高温对引伸计的影响,获得陶瓷材料在高温弯曲试验的实时变形量。该夹具系统结构简单,对符合GB 14390-2008-T《精细陶瓷高温弯曲强度试验方法》的陶瓷弯曲标准试样都能测量弯曲过程中的变形。夹具安装便捷,具有较大的实用性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定;
图1是本申请中可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,为了测量陶瓷材料在高温弯曲试验过程中的变形,同时也可用于常温弯曲试验变形的测量。本发明设计的试验夹具系统解决了陶瓷材料高温弯曲试验中环境温度高、材料变形量难以测量的问题,同时其采用常温引伸计测量高温环境下的陶瓷变形,具有较高的经济价值。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在相互不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,该夹具能够在陶瓷进行高温弯曲试验时,提供试样支撑及变形测量功能。以三点弯曲试验用的三点弯曲试验夹具为例,进行详细的介绍。进行四点弯曲试验时,仅需修改夹具顶部限位,将上压杆由1根变为2根即可。夹具系统结构图如图1所示。变形测量系统中的引伸计外设有隔热屏15,隔热屏内设有冷却循环水16。
可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统由夹具和变形测量系统两部分组成。
夹具整体材质选用高温合金材质。夹具主要由1上压杆、2陶瓷试样、8接头、9导向套、第一垫块19、第一夹板17、第二夹板18、第二垫块4、底座5、陶瓷下支撑杆3、变形测量通道(引伸杆6占用通道)、引伸杆6和下顶杆7几个部分组成。底座整块合金材质采用线切割加工而成,其具有三条支撑凹槽和一条样品凹槽,支持凹槽位于垫块两侧,用于放置、固定垫块和支撑杆,以确保样品在试验过程中处于三点弯曲状态。样品凹槽与支撑凹槽垂直,经过底座中心,宽度略宽于样品宽度,用于放置和限制样品,避免不必要的扰动。变形测量通道设计成中心通孔,用于放置引伸杆6,并通过引伸杆将试样变形传递到下端引伸计进行测量。变形测量通道内置石墨环,主要起导向并减少变形传导摩擦的作用。
变形测量系统主要由顶板10、导杆及支撑弹簧11、引伸计12、光栅定位套13和托盘14组成。除引伸杆6采用陶瓷材料外,其余结构件均采用不锈钢材质。导杆和支撑弹簧11对顶杆10起支撑作用,主要用于抵消引伸杆的重力,减少对引伸计测量的干扰。引伸计12可以采用侧引线光栅,精度可达1μm,量程可达12mm,主要用于完成对变形量的测量。尽管引伸计仍处于在高温真空环境箱中,但其位置远离高温区域,上端有隔热屏保护,周围有循环水冷却,引伸计周围温度并不高,因此使用常温引伸计即可完成对高温变形量的测量。光栅定位套13主要用于引伸计的定位,托盘14主要用于支撑和固定导杆。
可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统由夹具和变形测量系统两部分组成。夹具整体材质选用K465高温合金。夹具主要由底座5、陶瓷下支撑杆3,垫块4、变形测量通道(引伸杆6占用通道)和下顶杆7几个部分组成。变形测量系统主要由引伸杆6、顶板10、导杆及支撑弹簧11、引伸计12、光栅定位套13和托盘14组成。除引伸杆6采用95陶瓷外,其余结构件均采用不锈钢进行制造。本发明需要与弯曲试验机拉杆相连接。
1000℃以下的环境均可使用,可在高温真空炉及气体环境试验箱中使用。
(1)夹具系统构成
可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统由夹具和变形测量系统两部分组成。夹具整体材质选用K465高温合金。夹具主要由底座5、陶瓷下支撑杆3,垫块4、变形测量通道(引伸杆6占用通道)和下顶杆7几个部分组成。变形测量系统主要由引伸杆6、顶板10、导杆及支撑弹簧11、引伸计12、光栅定位套13和托盘14组成。除引伸杆6采用95陶瓷外,其余结构件均采用不锈钢进行制造。本发明需要与弯曲试验机拉杆相连接。
(2)夹具系统使用条件
1000℃以下的环境均可使用,可在高温真空炉及气体环境试验箱中使用。
(3)夹具系统使用具体步骤
(a)将夹具底座与试验机支撑杆相连;
(b)将左右两根下支撑杆放置在底座两端的支撑凹槽上;
(c)将样品通过样品凹槽放置支撑杆上,使样品与两根支撑杆接触;
(d)将上支撑杆放入底座中心的支撑凹槽中;
(e)安装高温炉等环境装置;
(f)开动试验机,进行预加载,去除真空间隙或温度间隙;
(g)施加设定的速率或载荷,进行陶瓷材料高温三点弯曲性能测试,可同时获得陶瓷材料的弯曲载荷和弯曲变形量。
安装时,应确保试样放置在左右支撑杆上,用于保证试验的试样跨距。
(4)夹具系统作用效果
对符合GB 14390-2008-T《精细陶瓷高温弯曲强度试验方法》的陶瓷弯曲试样都能测量弯曲过程中的变形,如二氧化铀试样块、高强石墨块等陶瓷试样的三点弯曲性能测试,并同时获得试样的弯曲载荷和弯曲变形量,从而得到陶瓷在三点弯曲状态的弯曲模量和弯曲强度。可以通过修改底座上的样品凹槽获得适用于一系列不同样品尺寸的夹具,用于测试不同尺寸的陶瓷材料弯曲性能。
依靠底座设计限制试样位置,确保试样处于弯曲试验状态,获得准确的弯曲试验跨距,同时借助变形测量系统,在不影响试样的弯曲试验状态和高温真空环境的条件下,提供了对试样变形的实时测量。利用该夹具配合变形引伸杆,能够有效地避免高温对引伸计的影响,获得陶瓷材料在高温弯曲试验的实时变形量。
通过设计不同的样品凹槽,该夹具可以测量不同尺寸陶瓷试样的弯曲性能测试,从而满足一套设备测量多规格陶瓷试样弯曲性能的需求。夹具在底座中心设有变形测量通道,可以实现陶瓷材料的变形传递,避免了高温对传感器测量的影响,使陶瓷试样在弯曲试验过程中的变形量测量更加准确。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,所述系统包括:
夹具和变形测量系统,夹具将陶瓷材料样品进行夹持固定,在施加变形压力后将变形量传递给变形测量系统,通过变形测量系统计算出陶瓷材料样品的变形量;其中,变形测量系统中的引伸计外设有隔热屏,隔热屏内设有冷却循环水。
2.根据权利要求1所述的可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,夹具包括:底座、第一垫块、第一夹板、第二夹板、第二垫块、上压杆、下顶杆、引伸杆;其中,底座上表面从左到右依次固定有:第一垫块、第一夹板、第二夹板、第二垫块,第一夹板与第二夹板之间的测量间隙夹持有上压杆、第一夹板与第二夹板上开设有用于陶瓷材料样品穿过的水平固定孔,底座下端与下顶杆上端连接,底座与下顶杆均开设有变形测量通道,引伸杆位于变形测量通道内,变形测量通道的中心线与测量间隙的中心线重合。
3.根据权利要求2所述的可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,变形测量通道内设有石墨环。
4.根据权利要求2所述的可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,变形测量通道内设有导向套。
5.根据权利要求2所述的可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,下顶杆包括上下两部分,上下两部分通过接头进行连接。
6.根据权利要求2所述的可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,变形测量系统包括:顶板、引伸计、光栅定位套、托盘、导杆、支撑弹簧;其中,顶板左端与引伸杆右侧连接,引伸杆下端与引伸计连接,引伸计与光栅定位套连接,光栅定位套与托盘连接,导杆上端与顶板右端连接,导杆下端与托盘连接,导杆外设有支撑弹簧。
7.根据权利要求2所述的可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,所述夹具包括2个上压杆。
8.根据权利要求2所述的可测量变形的陶瓷高温弯曲试验夹具系统,其特征在于,引伸杆采用陶瓷材料。
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