CN107870123B - 一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具及夹持方法 - Google Patents

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Abstract

一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具及夹持方法，属于超高温装夹技术领域。螺纹轴与试验机连接，轴座通过第一螺母与螺纹轴连接，第一螺母与螺纹轴之间设有第一垫圈，第一垫圈与螺纹轴之间设有第三绝缘垫，轴座与螺纹轴之间的径向空隙内设有第一绝缘垫，轴座与螺纹轴之间的轴向空隙内设有第二绝缘垫，连接法兰与轴座可拆卸连接，第一水冷压杆与压头座螺纹连接，压头体与压头座的球面性凹坑光滑接触，托盘与压头座螺纹连接；上压缩连杆与上压缩压头螺纹连接；垫块与定位罩螺纹连接，第二水冷压杆与垫块螺纹连接，轴连接套与定位盘连接，下压缩连杆与试验机螺纹连接，下压缩连杆与下压缩压头连接。本发明用于测试导体材料超高温压缩性能。

Description

一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具及夹持方法
技术领域
本发明涉及一种超高温压缩夹具及夹持方法，属于超高温装夹技术领域。
背景技术
热防护材料广泛应用于飞行器的热端部件，随着飞行器技术的发展，对热防护材料的性能要求越来越高，特别是超高温环境下的力学性能，直接关系到热防护系统的安全性。其中，高温压缩性能是其高温力学性能的重要组成部分。
目前，有部分学者在测试复合材料高温压缩力学性能的装置及方法领域开展了研究。授权公告号为CN205642999U、授权公告日为2016年10月12日的实用新型专利“一种用于测试合金材料高温压缩性能的夹压具”，公开了一种测试金属材料高温压缩性能的装置及方法，此方法主要用于金属材料的测试；公开号为CN105223072A、公开日为2016年01月06日的发明专利申请公开了“一种拉伸试验机用高温压缩拉伸一体化卡具”，此卡具使用时放入高温加热炉中，采用辐射式加热；授权公告号为CN202614601U、授权公告日为2012年12月19日的实用新型专利公开了“一种用于测试复合材料高温压缩强度的夹具”，此夹具主要是为了防止材料在压缩过程中屈曲而设计；授权公告号为CN203231932U、授权公告日为2013年10月09日的实用新型专利公开了一种“材料高温压缩强度测试夹具”，此夹具采用辐射加热，用于测试金属材料的高温压缩性能；授权公告号为CN203798673U、授权公告日为2014年08月27日的实用新型专利公开了“一种高温压缩夹具”，该夹具也主要用于测试金属材料的高温压缩性能；授权公告号为CN203965237U、授权公告日为2014年11月26日的实用新型专利公开了“一种电阻型热模拟试验机压缩试验用夹具装置”；牛学宝在文献《2D-C/SiC复合材料在空气中的高温压缩强度研究》中，测试了2D-C/SiC在25℃，700℃，1100℃和1300℃的压缩强度。
从以上专利及文献中，可以发现目前材料高温压缩性能的设备及其方法主要集中在金属材料的高温压缩性能测试，且温度有限，低于1800℃，大部分采用辐射式加热，升温速率较慢且温控灵敏性差。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具及夹持方法。
本发明采用通电式加热，升温较快，温控灵敏，提高了试验效率，且能满足导电类复合材料2800℃高温压缩性能测试需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具，包括上压缩连杆、上压缩压头、下压缩连杆及下压缩压头；
所述的上压缩连杆包括螺纹轴、第一绝缘垫、第二绝缘垫、第三绝缘垫、轴座、第一垫圈、第一螺母及连接法兰；所述的螺纹轴竖直设置，螺纹轴与试验机的上拉杆的螺纹孔连接，所述的轴座套装在螺纹轴上，轴座下端设有第一螺母，所述的第一螺母与螺纹轴连接，第一螺母与螺纹轴之间设有第一垫圈，所述的第一垫圈与螺纹轴之间设有第三绝缘垫，轴座与螺纹轴之间的径向空隙内设有第一绝缘垫，轴座与螺纹轴之间的轴向空隙内设有第二绝缘垫，所述的连接法兰设置在轴座外侧且二者可拆卸连接，连接法兰下端中部设有螺纹连接柱；
所述的上压缩压头包括第一水冷压杆、压头座、压头体及托盘；所述的第一水冷压杆设置在压头座上面且二者通过螺纹连接，第一水冷压杆上端中部设有螺纹孔，所述的压头座底面中部设有球面性凹坑，所述的压头体与压头座的球面性凹坑光滑接触，两者可发生相对滑动；压头座的下端及压头体均设置在托盘内，所述的托盘与压头座螺纹连接；上压缩连杆的连接法兰螺纹连接柱与上压缩压头的第一水冷压杆的螺纹孔螺纹连接；
所述的下压缩压头包括第二水冷压杆、垫块及定位罩；所述的垫块的上端坐落在定位罩内且二者通过螺纹连接，所述的第二水冷压杆上端坐落在垫块上且二者通过螺纹连接，第二水冷压杆下端中部设有螺纹孔；
所述的下压缩连杆包括轴连接套、第一绝缘套、第二螺母、第二绝缘套、定位盘及第二垫圈；所述的轴连接套通过连接螺栓及第二螺母与定位盘连接，轴连接套与定位盘之间设有第一绝缘套，所述的连接螺栓与轴连接套和定位盘之间设有第二绝缘套，所述的定位盘下端中部以及轴连接套上端中部均设有螺纹连接柱；下压缩连杆通过定位盘的螺纹连接柱与试验机螺纹连接，下压缩连杆通过轴连接套的螺纹连接柱与下压缩压头的第二水冷压杆的螺纹孔连接。
一种测试导体材料超高温压缩性能的夹持方法，所述的方法步骤如下：
第一步：首先将试样放在下压缩压头上端面上，并在试样与下压缩压头之间放置石墨纸，调整试样的位置，使试样放置平稳且对中；
第二步：通过试验机，调整上压缩压头和下压缩压头的距离，使试样的上夹持端与上压缩压头的压头体下端面接触，并在两个接触面之间放置石墨纸；
第三步：转动试样，使试样中轴线、上压缩压头和下压缩压头中轴线重合，保证试样的对中性。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1.本发明针对基于通电加热的超高温环境下材料压缩力学性能测试，升温速率快，提高了试验效率，上压缩连杆和下压缩连杆采用绝缘设计，保证试验过程的安全性。
2.上压缩压头和下压缩压头采用水冷设计，降低了压头的温度，提高了压头的使用寿命和可靠性，降低了成本。
3.上压缩压头中的压头和压头座可相对滑动，保证试验过程中压头面与试样端面始终面接触。
4.下压缩压头设计有定位罩，确保在压缩试验中，试样的中心线与试验机的中心线重合，满足对中性。
5.通过以上设计，本夹具能满足导电类复合材料2800℃高温压缩性能测试需求。
6.本发明的方法操作简单，夹持效果好。
附图说明
图1为上压缩连杆主视示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为上压缩压头主视示意图；
图4为下压缩压头主视示意图；
图5为下压缩连杆主视示意图；
图6为压缩夹具上装配图；
图7为压缩夹具下装配图；
图8为C/C复合材料高温压缩力-位移曲线图。
图中各标号名称如下：
1为螺纹轴，2为第一绝缘垫，3为轴座，4为连接法兰，5为第二绝缘垫，6为第三绝缘垫，7为第一垫圈，8为第一螺母，9为螺钉；10为第一水冷压杆，11为压头座，12为压头，13为托盘；14为第二水冷压杆，15为垫块，16为定位罩；17为轴连接套，18为第一绝缘套，19为第二螺母，20为第二绝缘套，21为定位盘，22为第二垫圈。
具体实施方式
以下将结合具体附图和具体实施例对本发明进行详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例：
具体实施方式一：如图1-图7所示，本实施方式披露了一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具，包括上压缩连杆、上压缩压头、下压缩连杆及下压缩压头；
所述的上压缩连杆包括螺纹轴1、第一绝缘垫2、第二绝缘垫5、第三绝缘垫6、轴座3、第一垫圈7、第一螺母8及连接法兰4；所述的螺纹轴1竖直设置，螺纹轴1与试验机的上拉杆的螺纹孔连接，所述的轴座3套装在螺纹轴1上，轴座3下端设有第一螺母8，所述的第一螺母8与螺纹轴1连接，第一螺母8与螺纹轴1之间设有第一垫圈7，所述的第一垫圈7与螺纹轴1之间设有第三绝缘垫6，轴座3与螺纹轴1之间的径向空隙内设有第一绝缘垫2，轴座3与螺纹轴1之间的轴向空隙内设有第二绝缘垫5，所述的连接法兰4设置在轴座3外侧且二者(通过螺钉9)可拆卸连接，连接法兰4下端中部设有螺纹连接柱；
所述的上压缩压头包括第一水冷压杆10、压头座11、压头体12及托盘13；所述的第一水冷压杆10设置在压头座11上面且二者通过螺纹连接，第一水冷压杆10上端中部设有螺纹孔，所述的压头座11底面中部设有球面性凹坑，所述的压头体12与压头座11的球面性凹坑光滑接触，两者可发生相对滑动；压头座11的下端及压头体12均设置在托盘13内，所述的托盘13与压头座11螺纹连接(作用为固定压头体12)；上压缩连杆的连接法兰4螺纹连接柱与上压缩压头的第一水冷压杆10的螺纹孔螺纹连接；
所述的下压缩压头包括第二水冷压杆14、垫块15及定位罩16；所述的垫块15的上端坐落在定位罩16内且二者通过螺纹连接，所述的第二水冷压杆14上端坐落在垫块15上且二者通过螺纹连接(定位罩16的作用是确保压缩试样的中心线与试验机的中心线重合)，第二水冷压杆14下端中部设有螺纹孔；
所述的下压缩连杆包括轴连接套17、第一绝缘套18、第二螺母19、第二绝缘套20、定位盘21及第二垫圈22；所述的轴连接套17通过连接螺栓及第二螺母19与定位盘21连接，轴连接套17与定位盘21之间设有第一绝缘套18，所述的连接螺栓与轴连接套17和定位盘21之间设有第二绝缘套20，所述的定位盘21下端中部以及轴连接套17上端中部均设有螺纹连接柱；下压缩连杆通过定位盘21的螺纹连接柱与试验机螺纹连接，下压缩连杆通过轴连接套17的螺纹连接柱与下压缩压头的第二水冷压杆14的螺纹孔连接。
具体实施方式二：如图3所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的压头座11和压头体12均由高强石墨制成。
具体实施方式三：如图3所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的第一水冷压杆10内设有环形密闭腔室一，第一水冷压杆10四周固定有与所述的环形密闭腔室一相通的四根(直径相同的)水冷管一。
具体实施方式四：如图4所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述的第二水冷压杆14内设有环形密闭腔室二，第二水冷压杆14四周固定有与所述的环形密闭腔室二相通的四根(直径相同的)水冷管二。
具体实施方式五：如图6、图7所示，本实施方式披露了一种利用具体实施方式一、二、三或四所述的夹具测试导体材料超高温压缩性能的夹持方法，所述的方法步骤如下：
第一步：首先将试样放在下压缩压头15上端面上，并在试样与下压缩压头15之间放置石墨纸，调整试样的位置，使试样放置平稳且对中；
第二步：通过试验机，调整上压缩压头和下压缩压头的距离，使试样的上夹持端与上压缩压头的压头体12下端面接触，并在两个接触面之间放置石墨纸；
第三步：转动试样，使试样中轴线、上压缩压头和下压缩压头中轴线重合，保证试样的对中性。
为了保证试样的上、下两个端面与上压缩压头与下压缩压头之间接触良好，需要在两者之间增加石墨纸。
实施例1：
利用本发明的一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具及夹持方法对3D C/C(碳碳)复合材料高温压缩试验，加载速率为1mm/min，温度为2000℃，力-位移曲线如图8所示，测得强度见表1。
实施例2
利用本发明的一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具及夹持方法对3D C/C复合材料高温压缩试验，加载速率为1mm/min，温度为2400℃，力-位移曲线如图8所示，测得强度见表1。
实施例3
利用本发明的一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具及夹持方法对3D C/C复合材料高温压缩试验，加载速率为1mm/min，温度为2800℃，力-位移曲线如图8所示，测得强度见表1。
表1

Claims (3)

1.一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具，其特征在于：包括上压缩连杆、上压缩压头、下压缩连杆及下压缩压头；
所述的上压缩连杆包括螺纹轴(1)、第一绝缘垫(2)、第二绝缘垫(5)、第三绝缘垫(6)、轴座(3)、第一垫圈(7)、第一螺母(8)及连接法兰(4)；所述的螺纹轴(1)竖直设置，螺纹轴(1)与试验机的上拉杆的螺纹孔连接，所述的轴座(3)套装在螺纹轴(1)上，轴座(3)下端设有第一螺母(8)，所述的第一螺母(8)与螺纹轴(1)连接，第一螺母(8)与螺纹轴(1)之间设有第一垫圈(7)，所述的第一垫圈(7)与螺纹轴(1)之间设有第三绝缘垫(6)，轴座(3)与螺纹轴(1)之间的径向空隙内设有第一绝缘垫(2)，轴座(3)与螺纹轴(1)之间的轴向空隙内设有第二绝缘垫(5)，所述的连接法兰(4)设置在轴座(3)外侧且二者可拆卸连接，连接法兰(4)下端中部设有螺纹连接柱；
所述的上压缩压头包括第一水冷压杆(10)、压头座(11)、压头体(12)及托盘(13)；所述的第一水冷压杆(10)设置在压头座(11)上面且二者通过螺纹连接，第一水冷压杆(10)上端中部设有螺纹孔，所述的压头座(11)底面中部设有球面性凹坑，所述的压头体(12)与压头座(11)的球面性凹坑光滑接触，两者可发生相对滑动；压头座(11)的下端及压头体(12)均设置在托盘(13)内，所述的托盘(13)与压头座(11)螺纹连接；上压缩连杆的连接法兰(4)螺纹连接柱与上压缩压头的第一水冷压杆(10)的螺纹孔螺纹连接；
所述的下压缩压头包括第二水冷压杆(14)、垫块(15)及定位罩(16)；所述的垫块(15)的上端坐落在定位罩(16)内且二者通过螺纹连接，所述的第二水冷压杆(14)上端坐落在垫块(15)上且二者通过螺纹连接，第二水冷压杆(14)下端中部设有螺纹孔；
所述的下压缩连杆包括轴连接套(17)、第一绝缘套(18)、第二螺母(19)、第二绝缘套(20)、定位盘(21)及第二垫圈(22)；所述的轴连接套(17)通过连接螺栓及第二螺母(19)与定位盘(21)连接，轴连接套(17)与定位盘(21)之间设有第一绝缘套(18)，所述的连接螺栓与轴连接套(17)和定位盘(21)之间设有第二绝缘套(20)，所述第二垫圈(22)设置在所述第二绝缘套(20)与第二螺母(19)之间，所述的定位盘(21)下端中部以及轴连接套(17)上端中部均设有螺纹连接柱；下压缩连杆通过定位盘(21)的螺纹连接柱与试验机螺纹连接，下压缩连杆通过轴连接套(17)的螺纹连接柱与下压缩压头的第二水冷压杆(14)的螺纹孔连接；
所述的第一水冷压杆(10)内设有环形密闭腔室一，第一水冷压杆(10)四周固定有与所述的环形密闭腔室一相通的四根水冷管一；
所述的第二水冷压杆(14)内设有环形密闭腔室二，第二水冷压杆(14)四周固定有与所述的环形密闭腔室二相通的四根水冷管二。
2.根据权利要求1所述的一种测试导体材料超高温压缩性能的夹具，其特征在于：所述的压头座(11)和压头体(12)均由高强石墨制成。
3.一种利用权利要求1或2所述的夹具测试导体材料超高温压缩性能的夹持方法，其特征在于：所述的方法步骤如下：
第一步：首先将试样放在下压缩压头上端面上，并在试样与下压缩压头之间放置石墨纸，调整试样的位置，使试样放置平稳且对中；
第二步：通过试验机，调整上压缩压头和下压缩压头的距离，使试样的上夹持端与上压缩压头的压头体(12)下端面接触，并在两个接触面之间放置石墨纸；
第三步：转动试样，使试样中轴线、上压缩压头和下压缩压头中轴线重合，保证试样的对中性。
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