CN108398349B - 一种用于超高温陶瓷材料的批量式降温热冲击试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于超高温陶瓷材料的批量式降热冲击试验装置。它包括一个高温腔，一个冷却腔和一个舱门。试件夹持盘与一端伸至腔外的转轴连接。试件夹持盘盘内有一批均匀分布的上孔洞，每个孔洞中依次装有隔热保护结构、耐高温弹簧、耐高温螺栓。试件夹持盘底部有试件助推器，试件助推器上的凹槽可固定试件。带孔挡板上有试件运动轨道与同样一批均匀分布的下孔洞，安装于闭合舱门上方。冷却腔内装有降温热冲击介质，底部铺有一层厚碳毡。本发明的优点是：实验时避免了试件移到腔外进行降温热冲击造成的初始温度不可控，保证同批试件的初始速度、热冲击环境完全一致，冷却腔底部的厚碳毡可避免试件下落受到机械冲击，试验准确度与效率较高。

Description

一种用于超高温陶瓷材料的批量式降温热冲击试验装置
技术领域
本发明涉及一种抗降温热冲击性能试验装置，具体涉及一种用于超高温陶瓷材料的批量式降温热冲击试验装置。
背景技术
超高温陶瓷材料(Ultra-high-temperature ceramics，简称UHTCs)一般是指在2000℃以上的高温下使用的一类陶瓷材料，主要指一些过渡金属的硼化物、碳化物和氮化物。
高超声速飞行器是航空航天科技向新的飞行极限进行探索的重要领域。它将对空天一体化的实现产生巨大的推动作用，是航空先进国家近年发展的热门领域。随着空天飞行器机动性和突防能力要求的增加，近年来世界各国都相继开展了高超声速飞行器的研究。而超高温陶瓷材料具有3000℃左右的高熔点，以及高硬度、高导热率、良好的抗氧化性和抗热冲击性、中等的热膨胀系数等优良的性能，因此非常适合做超声速航天飞行器高温结构材料。但是因陶瓷材料固有的脆性，致使其抗热冲击性能较差，热冲击破坏是造成陶瓷材料破坏的重要原因。因此，研究陶瓷材料的抗热冲击性能就显得十分重要和必要。
中国专利文献CN101852702B于2010年5月19日公开了“热冲击实验仪”，该装置包括装有设定深度的热冲击介质的容器，其底部设置有使热冲击材料通过的阀门，该阀门由阀门控制单元控制其开关，热冲击材料从所述热冲击介质正上方的设定高度自由落体落下，穿过热冲击介质，并由阀门落出所述容器。该发明具有热冲击时间跨度大，操作方便，结构简单等优点。但是其试验装置也存在以下问题：
1、该发明控制热冲击材料的下落高度并使其以自由落体方式通过热冲击介质，不能够实现热冲击材料以大跨度初始速度完成热冲击过程；
2、由于在进行热冲击实验前没有设计专门的恒温腔室存放试件，试件进行热冲击实验的初始温度无法准确控制，进而影响后续力学试验实验结果。
3、由于陶瓷试件本征脆性使得热冲击试验结果分散性大，而一次实验只能做一个试件，在进行下一个试件的实验时需要重新加载试验环境，不能保证试验环境的一致性从而消除试验环境差异带来的影响，使得表征结果精度较低、可靠性差。
以上问题使试验过程出现较大误差，实验结果不全面完备且不能很好表征陶瓷材料的抗热冲击性能。
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超高温陶瓷材料的批量式降温热冲击试验装置，解决试件单件测试的分散性，在常温至3000℃的试验温度范围内，提高测试的准确性和可靠性。
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，它包括一个高温腔，一个冷却腔和一个舱门，舱门将两个腔室分开。试件夹持盘与转轴连接，转轴伸至高温炉外。带孔挡板放置于闭合舱门上。试件夹持盘盘内有一批相等周向间距的上孔洞，每个孔洞中由下到上依次为隔热保护结构、耐高温弹簧、耐高温螺栓。试件夹持盘底部有臂式结构试件助推器，试件助推器上的凹槽可固定试件。试件放置在隔热保护结构正下方的凹槽内，带孔挡板上有相等周向间距的一批下孔洞与试件运动轨道。冷却腔内装有降温热冲击介质，底部铺有一层厚碳毡。
本发明的技术效果是：
1、在陶瓷材料降温热冲击性能的测试中，试件置于特定高温腔室中，避免了移到腔外进行降温热冲击造成的初始温度不可控；
2、保证同批试件的初始速度、热冲击环境一致性好，进而使降温热冲击性能测试更精确；
3、冷却腔底部装有一层厚碳毡，避免了试件下落受到机械冲击，且可以批量式对多个试件进行降温热冲击性能实验，效率高。
4、实现试件热冲击试验初始速度可控。
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为试件夹持盘三维示意图；
图3为带孔挡板三维示意图；
图中：1、耐高温螺栓，2、耐高温弹簧，3、隔热保护结构，4、试件，5、试件助推器，6、下孔洞，7、转轴，8、高温腔，9、试件夹持盘，10、上孔洞，11、带孔挡板，12、舱门，13、冷却腔，14、碳毡，15、凹槽，16、轨道
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明包括有一个高温腔(8)，一个冷却腔(13)和一个舱门(12)，舱门(12)将两个腔室分开。试件夹持盘(9)与转轴(7)连接，转轴(7)伸至高温腔(8)外，可转动。带孔挡板(11)安装于闭合舱门(12)上方。试件夹持盘(9)盘内有一批相等周向间距的上孔洞(10)，每个孔洞中由下到上依次为隔热保护结构(3)、耐高温弹簧(2)、耐高温螺栓(1)。试件夹持盘(9)底部有臂式结构试件助推器(5)，试件助推器(5)上的凹槽(15)可固定试件(4)。试件(4)放置在隔热保护结构(3)正下方的凹槽(15)内。带孔挡板(11)上有相等周向间距的一批下孔洞(6)与试件运动轨道(16)。冷却腔(13)内装有降温热冲击介质，底部铺有一层厚碳毡(14)。
上述试件夹持盘(9)、带孔挡板(11)和高温螺栓(1)由石墨加工而成，隔热保护结构(3)为石墨制成的桶状保护罩，耐高温弹簧(2)由耐高温合金制成。上述隔热保护结构(3)的正下方安装被测试件(4)。
本发明的使用过程是：
第一步，使用前，关闭舱门(12)，试件夹持盘(9)的上孔洞(10)与带孔挡板(11)的下孔洞(6)错开适当角度以保证试件不掉落，在试件夹持盘(9)与带孔挡板(11)之间的试件助推器(5)上的凹槽(15)上放置同批试件(4)。在上孔洞(10)中由下向上依次放置隔热保护结构(3)和耐高温弹簧(2)，最后通过螺栓(1)压缩耐高温弹簧(2)使隔热保护结构(3)与试件(4)获得预压力。
第二步，使用时，将高温腔(8)与冷却腔(13)分别加热到指定温度并保温一段时间，使试件(4)与冷却介质各自分别达到指定温度。
第三步，缓慢转动转轴(7)，带动试件夹持盘(9)与试件助推器(5)转动，进而推动试件(4)在凹槽(15)约束下沿轨道(16)在带孔挡板(11)上运动。转轴(7)转动的同时打开舱门(12)，直至所有下孔洞(6)暴露出来，当试件夹持盘(9)的上孔洞(10)与带孔挡板(11)的下孔洞(6)正对时，耐高温弹簧(2)的压缩量释放，推动隔热保护结构(3)将试件(4)弹出。该批试件(4)同时落下，通过下孔洞(6)与舱门(12)进入装有热冲击介质的冷却腔(13)。热冲击介质为不具腐蚀性的液体，如水，酒精，煤油，四氯化碳等各种液体。冷却腔底部铺有一层碳毡(14)，避免试件受到机械冲击。根据实验要求保温一段时间。
第四步，停止加热，冷却后取出试件进行后续力学试验。

Claims (1)

1.一种用于超高温陶瓷材料的批量式降温热冲击试验装置，其特征是：包括有一个高温腔(8)，一个冷却腔(13)和一个舱门(12)，舱门(12)将两个腔室分开，试件夹持盘(9)与转轴(7)连接，转轴(7)伸至高温腔(8)外，带孔挡板(11)安装于闭合舱门(12)上方；试件夹持盘(9)盘内有一批相等周向间距的上孔洞(10)，每个孔洞中由下到上依次为隔热保护结构(3)、耐高温弹簧(2)、耐高温螺栓(1)，试件夹持盘(9)底部有臂式结构试件助推器(5)，试件助推器(5)上的凹槽(15)可固定试件(4)，试件(4)放置在隔热保护结构(3)正下方的凹槽(15)内，以便通过螺栓(1)压缩耐高温弹簧(2)而获得预压力；带孔挡板(11)上有相等周向间距的一批下孔洞(6)与试件运动轨道(16)，通过打开舱门(12)，同时转动转轴(7)带动所述试件夹持盘(9)与试件助推器(5)转动，以推动所述试件(4)沿所述试件运动轨道(16)运动，并在所述试件夹持盘(9)的上孔洞(10)与所述带孔挡板(11)的下孔洞(6)正对时，通过所述耐高温弹簧(2)的弹力推动所述试件(4)弹出，以便试件(4)通过所述下孔洞(6)和舱门(12)进入冷却腔(13)；所述冷却腔(13)内装有降温热冲击介质，底部铺有一层厚碳毡(14)。
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