CN108333039A - 一种陶瓷材料多面气体冲刷升降温热冲击试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷材料多面气体冲刷升降温热冲击试验装置及方法，它包括有上高温腔和下高温腔，两个高温腔竖直串联，腔体之间有密封隔热舱门。下高温腔中有储气腔，储气腔上设置气源管道。上高温腔中有试件保持架，分为内外两部分，中间留有气体通道，支架内部中间在圆周方向上开有试件槽。试件保持架的顶部有保持架盖板，内部同样开有气体通道。上高温腔设置有泄压管道。本发明的技术效果是：可实现陶瓷材料气体冲刷热冲击环境下的多面升温热冲击和降温热冲击，实现的升降温热冲击的初始温度和目标温度范围广，且可以根据实验要求营造不同的气体环境；此外，在一次气体冲刷热冲击过程可对多个试件进行实验，大大提高实验效率。

Description

一种陶瓷材料多面气体冲刷升降温热冲击试验装置及方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料抗热冲击性能测试研究领域，具体涉及一种陶瓷材料多面气体冲刷升降温热冲击试验装置及方法。
背景技术
陶瓷材料因其熔点高，且在高温下具有良好的化学及物理稳定性等优异性能，在高温和有氧等苛刻环境条件下仍能正常使用。目前的研究表明，高温陶瓷材料是最有可能满足高超声速飞行器热防护性能需求的材料体系之一。但是因为高温陶瓷材料本身固有的脆性，抗热冲击性能较差。对于应用于高温结构的陶瓷材料，在使用环境中往往因遭受剧烈的热冲击而发生破坏。因此，抗热冲击性能是陶瓷材料性能的主要评价指标之一。目前关于陶瓷材料抗热冲击性能的研究工作大多以实验为主，且淬火剩余强度是确定其抗热冲击性能最为常见的试验方法。但是，陶瓷材料作为高超声速飞行器热防护材料的实际使役历程中，遭受热冲击的主要模式为气体冲刷热冲击。此外，在高超声速飞行器长时间跨大气层机动飞行过程中，经历上升-巡航-下降、突防等过程，气动加热严重，常常会从一个高温突然变化到更高或者较低的温度遭遇升温热冲击或者降温热冲击，升降温热冲击的初始温度和目标温度范围广。但是目前的研究手段和试验方法不能满足对陶瓷材料实际使役历程中抗热冲击性能研究的需求。因此，开展对陶瓷材料气体冲刷热冲击破坏模式和使役性能的研究十分必要。此外，在传统超高温材料抗热冲击性能试验中，营造目标高温温度场环境需要的时间很长(实现1600℃以上环境通常>3h)，而且一般一次只能对一个试件进行试验，效率低，不能满足我国当前对超高温材料抗热冲击性能的研究和评价要求。
发明内容
针对现有技术中存在的实验表征方法不足和不符合陶瓷材料实际使役历程的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种陶瓷材料多面气体冲刷热冲击试验装置及方法，它能实现陶瓷材料的多面气体冲刷升降温热冲击试验，且一次实验中能对多个试件进行实验，效率高。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有上高温腔和下高温腔，腔中分别置有发热体，可营造不同温度的高温环境，两个高温腔竖直串联，腔体之间有密封隔热舱门。下高温腔中有储气腔，可储存不同压强的气体，储气腔上有气源管道。上高温腔中有试件保持架，试件保持架分为内外两部分，中间留有气体通道，支架内部中间在圆周方向上开有试件槽，可嵌入试件。试件保持架的顶部有保持架盖板，内部同样开有气体通道。上高温腔设置有泄压管道。
本发明的技术效果是：可实现陶瓷材料气体冲刷热冲击环境下的多面升降温热冲击实验，实现的升降温热冲击初始温度和目标温度范围广，且可以根据实验要求营造不同的气体环境；此外，在一次气体冲刷热冲击过程可对多个试件进行实验，大大提高实验效率。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的结构示意图；
图2为试件保持架中部剖面图；
图3为本发明的外围结构框图。
图中：1、上高温腔，2、下高温腔，3、炉壁，4、泄压管道，5、气体通道，6、保持架盖板，7、试件保持架，8、试件，9、密封隔热舱门，10、舱门外罩，11、储气腔，12、气源管道，13、发热体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明包括有上高温腔1和下高温腔2，腔中分别置有发热体13，可营造不同温度的高温环境，两个高温腔竖直串联，腔体之间有密封隔热舱门9。下高温腔2中有储气腔11，可储存不同压强的气体，储气腔11上有气源管道12。上高温腔1中有试件保持架7，试件保持架分为内外两部分，中间留有气体通道5，支架内部中间在圆周方向上开有试件槽，可嵌入试件8。试件保持架的顶部有保持架盖板6，内部同样开有气体通道5。上高温腔1设置有泄压管道4。
上述保持架盖板6和试件保持架7采用高强石墨材料；试件保持架7下部分较短，使试件8靠近上高温腔1底部；所述储气腔11材质为高温陶瓷；发热体13采用石墨电阻发热体。
如图1所示，本发明的上高温腔1和下高温腔2在竖直方向上相互串联，高温腔之间有密封隔热舱门9，实现高温腔体的密封并隔绝腔体之间热环境的干扰。使用本专利时，先将试件8放置在试件保持架内部中间的试件槽中，具体操作为：将试件8的大侧面平行于气体通道方向，将试件保持架7的内外部分夹着试件并合拢，之后将保持架盖板6盖在试件保持架7的上端，保证试件8两端固定在试件保持架7中间。如图2所示，试件8的两侧面和气体通孔5之间留有一定宽度的缝隙，保证高温气体的通过。之后将试件保持架7固定在上高温腔1的底部中间。试件保持架7的下部分较短，可以使试件8靠近上高温腔1的底部，避免气体在冲刷试件8前因试件保持架7升温而造成热量的流失，进一步避免高温气体温度降低带来的热冲击目标温度的不确定性。
打开密封隔热舱门9，进行洗气：通过气源管道12向储气腔11中充入气体(气体的种类根据不同的实验要求而定)，将储气腔11中残留的空气通过密封隔热舱门9的中间通道和泄压管道4排出。将储气腔11中的空气排出后，关闭密封隔热舱门9，根据实验需求向储气腔11中充入一定压强的气体，之后密闭气源管道12。
启动外围的抽真空系统和气源系统，营造高温腔体1和2的真空或惰性环境。根据实验需求，将上高温腔1升温至热冲击初始环境温度，将下高温腔2升温至热冲击目标环境温度。若热冲击目标温度高于热冲击初始温度，则可开展对材料的升温热冲击；若热冲击初始温度高于热冲击目标温度，则可开展对材料的降温热冲击。根据实验要求保温一定的时间，使高温腔中的温度场均匀稳定之后打开密封隔热舱门9，使储气腔11中的高温气体放出，经过试件8的表面，完成对试件的冲刷热冲击过程。上高温腔1有泄压管道，可以对上高温腔1进行泄压，使储气腔11中的大部分气体流出，充分对试件8进行冲刷热冲击。待热冲击过程完成之后，停止加热，冷却后取出试件8进行后续力学实验。

Claims (3)

1.一种陶瓷材料多面气体冲刷升降温热冲击试验装置及方法，其特征是：包括有上高温腔(1)和下高温腔(2)，腔中分别置有发热体(13)，可营造不同温度的高温环境，两个高温腔竖直串联，腔体之间有密封隔热舱门(9)。下高温腔(2)中有储气腔(11)，可储存不同压强的气体，储气腔(11)上有气源管道(12)。上高温腔(1)中有试件保持架(7)，试件保持架分为内外两部分，中间留有气体通道(5)，支架内部中间在圆周方向上开有试件槽，可嵌入试件(8)。试件保持架的顶部有保持架盖板(6)，内部同样开有气体通道(5)。上高温腔(1)设置有泄压管道(4)。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷材料多面气体冲刷升降温热冲击试验装置及方法，其特征是：所述的试件保持架(7)下部分较短，使试件(8)靠近上高温腔(1)底部。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷材料多面气体冲刷升降温热冲击试验装置及方法，其特征是：所述的发热体(13)采用石墨电阻发热体。
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