CN108344656A - 空间快速扩展批量试件热冲击实验装置 - Google Patents

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CN108344656A CN201810091632.1A CN201810091632A CN108344656A CN 108344656 A CN108344656 A CN 108344656A CN 201810091632 A CN201810091632 A CN 201810091632A CN 108344656 A CN108344656 A CN 108344656A
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李卫国
董攀
麻建坐
徐念东
李莹
寇海波
邵家兴
邓勇
陶勇
张欣
张续耀
张先贺
方岱宁
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Chongqing University
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Chongqing University
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/60—Investigating resistance of materials, e.g. refractory materials, to rapid heat changes
    • G—PHYSICS
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    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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Abstract

本发明公开了一种空间快速扩展批量试件热冲击实验装置，包括一个试件放置腔(1)和环境状态控制腔(5)，试件放置腔(1)内安装有试件保持架(3)，它是由高强石墨支架(11)、隔热碳毡(10)、石墨纸(8)、批量试件(2)组成，试件保持架(3)放置于两腔之间的密封隔热舱门(4)上面，环境状态控制腔(5)内包括有储气腔(7)和加热炉(6)。本发明的技术效果是：通过使试件静止，利用环境状态控制腔实现不同热环境，再打开密封隔热舱门使环境模块空间快速扩展的方法来实现多样性复杂热环境的热冲击，避免了试件的机械运动，同时使试件在热冲击过程中表面加热均匀，而且一次可对多个试件进行热冲击，进行批量式实验，效率高。

Description

空间快速扩展批量试件热冲击实验装置
技术领域
本发明涉及抗热冲击性能试验领域,具体涉及空间快速扩展批量试件热冲击实验装置。
背景技术
近年来，我国航空航天事业不断取得重大突破，国防与军事力量逐渐强大，这些都离不开高温材料研发与表征手段的迅猛发展。对用于载人航天、深空探测飞行器、弹箭等高超声速飞行器热防护系统及发动机热端部件的超高温材料，在其使役历程中常常面临着复杂多样的热环境。以作为高超声速飞行器热防护材料的超高温陶瓷为例，在其整个使役历程中所面临的空域不同、氧氛围不同、不同阶段的速度不同，温度变化幅度大，不同部位热环境差异大(如图1所示)，且作为结构的一部分受到结构其它部分的约束作用，致使其在使役历程中经受多样性复杂的热冲击环境。热冲击破坏是热防护超高温陶瓷材料的主要失效形式，因此如何表征及提高其抗热冲击性能一直是超高温陶瓷领域研究的重点和热点。
此外，在材料抗热冲击性能的试验研究中往往要求在同一个热冲击环境下对多试件进行试验测试，目前常用热冲击试验方法一般一次只能对一个试件进行试验，而且传统超高温材料性能试验中获得所需的高温稳定温度场需要的时间长(通常>4h)，致使试验周期很长，且一次试验通常仅能获得1组数据或1个参量，效率低。综上，急需研制具有我国自主知识产权可实现复杂热冲击环境的超高温材料抗热冲击性能高通量测试实验仪器设备与平台。
目前，进行陶瓷材料的抗热冲击性能的测试时采用的主要方法有氢氧喷射加热、电弧喷射加热、电加热、氧乙炔火焰加热、激光加热和电弧风洞等。采用这些技术方法对陶瓷材料试件进行热冲击试验的时候存在以下问题：
1、试件表面加热不均匀。加热过程中，试件表面温度分布不均匀，难以直接确定试件表面温度；
2、热冲击目标温度难以控制；
3、可实现的热冲击环境十分有限。
中国专利文献CN104483224A于2015年1月14日公开了“一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱”,该装置包括密封炉和加热炉,加热炉由加热炉底座支撑在密封炉内底面上,密封炉顶部装有气缸,与气缸活塞连接的气缸活动杆伸入密封炉顶部中心孔内连接试件夹持机构,密封炉内顶面装有竖直向下的导向丝,导向丝下端穿过加热炉顶孔系在加热炉内的支架上,支架上面安放有缓冲垫,加热炉顶孔中塞有隔热的碳毯片。该专利申请实现了陶瓷试件的表面加热均匀,能精确地控制热冲击的目标温度。但是其试件夹持机构和导向丝构成的试件导入机构存在以下问题：
1、将试件安装到夹持机构和导向丝上所占的时间比较多,而且一次实验只能夹持一个试件,因此效率比较低。
2、试件进入加热炉内是采用自由落体的方式直接掉到缓冲垫上,不能有效避免较大的机械冲击。
3、试件在环境介质之间，无法控制试件以各种不同姿势切换，从而得到不同姿势对陶瓷材料热冲击的影响。
4、一次只能做一个实验，不能消除环境影响，而脆性材料分散性大，使得表征结果精度较低。
以上问题在试验过程中使得试验效率低，实验数据产生误差，以至于难以合理表征陶瓷材料试件的抗热冲击性能。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于能够进行批量试件热冲击的实验装置，设计了试件静止而环境模块空间快速扩展的方法，不仅避免了试件的运动，而且使试件在热冲击过程中表面加热均匀，并且一次可对多个试件进行批量试验，效率较高。
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,它包括环境状态控制腔和试件放置腔。环境状态控制腔为高温加热模块，可实现高达3000℃的温度环境，并且配有独立的加热设备、测温设备、测压设备、充气设备，能够实现不同温度、不同稀薄程度、不同氧分压、保护气等多样性复杂热环境。放置批量试件的的试件放置腔内安装有试件保持架，由高强石墨支架、隔热碳毡、石墨纸、批量试件组成。试件保持架位于两腔之间的密封隔热舱门上面。通过先实现环境状态控制腔内不同的热环境，然后打开密封隔热舱门，可实现环境模块空间的快速扩展，对试件进行热冲击。
所以本发明的技术效果是：
1、设计了试件静止而环境模块空间快速扩展的方法来实现热冲击，不仅避免了试件的机械运动，而且使试件在热冲击过程中表面加热均匀；
2、该热冲击实现技术能够实现不同温度、不同稀薄程度、不同氧分压、保护气等多样性复杂热环境；
3、一次可对多个试件进行热冲击，进行批量式实验，效率较高。
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为试件保持架的局部放大图；
图中：1、试件放置腔，2、批量试件，3、试件保持架，4、密封隔热舱门，5、环境状态控制腔，6、加热炉，7、储气腔，8、石墨纸，9、钼丝圈，10、隔热碳毡，11、高强石墨支架，12、钼丝。
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，本发明包括试件放置腔1，试件放置腔1内有试件保持架3，试件保持架3外沿为高强石墨支架11，内层是隔热碳毡10，底面是石墨纸8，将批量试件2嵌入试件保持架3内，利用钼丝12十字交叉和钼丝圈9形成的钼丝网置于试件保持架3的端口，防止试件脱落。试件保持架3下安装有密封隔热舱门4，密封隔热舱门4下为环境状态控制腔5，在环境状态控制腔5内有加热炉6，加热炉6内有储气腔7。
如图1和图2所示，使用本发明时：
1、将批量试件2嵌入到试件保持架3内，然后使用钼丝圈9和钼丝12形成的钼丝网防止试件脱落，以避免试件在试验过程中的扰动对试验结果的影响。然后将试件保持架3放置于试件放置腔1的底座上，底座的中间有圆孔，以保证环境状态控制腔5内的环境介质充分地流动进入到试件放置腔1内。
2、启动加热系统，加热炉6开始加热，待加热系统对环境状态控制腔5内营造出试验所需的热环境后，进行保温。
3、然后再打开密封隔热舱门4，环境状态控制腔5营造的热环境通过试件放置腔1底座上的圆孔快速扩展到试件放置腔1内。且试件放置腔1与环境状态控制腔5相比较小，可使气体环境介质通过空间快速扩展到整个试件放置腔1，在环境介质充分充满试件放置腔1后，保温一段时间，最后停止加热。待批量试件2完成热冲击后，将试件取出进行后续抗热冲击性能表征等实验。

Claims (1)

1.一种空间快速扩展批量试件热冲击实验装置，其特征是：包括一个试件放置腔(1)和环境状态控制腔(5)，放置批量试件(2)的试件放置腔(1)内安装有试件保持架(3)，试件保持架(3)是由外沿的高强石墨支架(11)，内层的隔热碳毡(10)，底面的石墨纸(8)组成，批量试件(2)嵌入试件保持架(3)内，钼丝(12)十字交叉和钼丝圈(9)形成的钼丝网置于试件保持架(3)的端口。试件保持架(3)下安装有密封隔热舱门(4)，密封隔热舱门(4)下面放置环境状态控制腔(5)，环境状态控制腔(5)内设置有加热炉(6)，加热炉(6)内有储气腔(7)。
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