CN109696362A - 一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置及测试方法。所述测试装置包括拉伸载荷施加系统、高温大气炉、用于对高温大气炉进行温度控制的测温温控系统、用于调节高温大气炉的位置的调节装置和用于变形测量的高温变形测试系统；拉伸载荷施加系统包括主体结构、支撑台、一对连接杆、具有水冷结构的水冷夹具和压力传感器；高温大气炉包括第一炉体和第二炉体，其内部为加热区，第一炉体和第二炉体相靠近的一侧插设有纵向隔热板，第一炉体、第二炉体和纵向隔热板之间相互配合形成用于安装试样的试验区。本发明装置和方法突破了高温夹头限制，温度场更均匀、氧化时间能够更为精确的调节，模量测试精度和成功率高，测试效率高。

Description

一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于实验力学高温测试技术领域，尤其涉及一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置及测试方法。
背景技术
鉴于先进耐高温陶瓷基复合材料与构件需要承受恶劣的服役环境，热/力/氧化耦合的高温环境对高温材料提出了更高的要求；材料研究生产部门为此生产了具有不同性能的高温材料(碳/碳及碳/碳化硅复合材料、高温陶瓷材料，以及气凝胶、粘接剂等材料)。在对应用于极端环境下的高温部件进行设计分析时，必须了解各种高温材料在高温氧化环境下的强度和模量等基本力学性能参数。无论是高温材料需求部门还是高温材料生产部门，都对高温材料力学评价方法、设备提出了新的要求，不仅要满足能测试的目标，也要满足测试量及测试效率的要求。然而在高温力学测试领域由于受限于高温夹具以及变形传感器，无论是测量准确性还是测量效率都不能很好地满足国防科技装备研究生产和高新技术的需求，因此，开发高温环境下力学性能测试装置和方法是非常必要的，这为航空航天等领域材料与结构的优化设计，材料工艺选择，服役可靠性等方面提供了指导，对导弹、火箭、航天飞机及高超声速飞行器等战略装备的设计和可靠性分析提供了保障。
高温环境下力学拉伸性能一般采用大尺寸高温大气炉配合热夹持进行测试，热夹持对夹具材料提出了苛刻的要求，需要长时间耐高温、抗氧化、高强度和韧性等要求，这种材料难以寻找，或价格昂贵；高温大气炉炉壁较厚，需要配合很长的高温引伸杆，长引伸杆在高温下自身变形较大，刀口容易在试样表面打滑，造成模量测试成功率低，数据分散性较大；热夹持每一次测试，高温炉需先升到目标温度，然后保温再进行测试，测试完降温，然后才能更换试样，整个过程时间较长，造成高温测试效率低下；这种高温力学测试方法无法实现精确控制试样氧化时间，所以无法满足一些材料要求短时高温氧化性能测试的需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种在常温至1600℃温度范围的高温氧化气氛下测试高温材料的力学拉伸性能测试装置及测试方法。本发明中的测试装置和测试方法突破了高温夹头限制，温度场更均匀、能够更加精确地控制氧化时间，模量测试精度和成功率高，测试效率高。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置，包括用于对试样施加拉伸载荷的拉伸载荷施加系统、高温大气炉、用于对所述高温大气炉进行温度控制的测温温控系统、用于调节所述高温大气炉与所述拉伸载荷施加系统之间的相对位置的调节装置和用于对试样进行变形测量的高温变形测试系统；所述拉伸载荷施加系统包括主体结构、用于支撑所述主体结构的支撑台、相对地设置在所述主体结构内的顶部和底部的一对连接杆和设置在所述连接杆的一端的用于夹持试样的具有水冷结构的水冷夹具，设置在所述主体结构的顶部的所述连接杆的一端穿过所述主体结构并套设有用于感应试样的拉伸载荷的压力传感器；所述高温大气炉包括左右相对设置的第一炉体和第二炉体，所述第一炉体和所述第二炉体的内部为加热区，所述第一炉体和所述第二炉体相靠近的一侧的侧部设置有纵向开槽，所述纵向开槽内活动插设有纵向隔热板，所述纵向隔热板可推入所述高温大气炉内或从所述高温大气炉内抽离；当所述纵向隔热板推入所述高温大气炉内时，所述第一炉体、所述第二炉体和所述纵向隔热板之间相互配合形成试验区，所述试验区的中心位置用于安装试样。
优选地，所述第一炉体和所述第二炉体的内部均设置有横向隔热板，用于将所述第一炉体和所述第二炉体内部的加热区分隔成上加热腔室和下加热腔室。
优选地，所述调节装置包括高度调节平台、沿所述高温大气炉的左右方向设置在所述高度调节平台上的横向导轨、设置在所述高温大气炉的底部的与所述横向导轨相匹配的第一滑轮、沿所述高温大气炉的前后方向设置在所述高度调节平台上的纵向导轨和设置在所述高温大气炉的底部的与所述纵向导轨相匹配的第二滑轮；所述高温大气炉设置在所述高度调节平台上，所述调节装置可操作地调节所述高温大气炉与所述拉伸载荷施加系统之间的相对位置，使得所述水冷夹具正对所述试验区的中心位置。
优选地，所述高度调节平台的一侧设置有高度调节丝杆，所述高度调节丝杆上设置有丝杆调节把手，所述高度调节平台在高度方向的位置通过所述丝杆调节把手进行调节。
优选地，所述高温变形测试系统包括高温引伸计和与所述高温引伸计连接的计算机，所述计算机还与所述压力传感器连接；所述高温引伸计的引伸杆插入所述高温大气炉内与试样的标距段相接触。
优选地，所述测温温控系统包括热电偶、硅钼棒发热体和与所述热电偶和所述硅钼棒发热体连接的温控系统；所述热电偶靠近所述试验区设置在所述加热区内，用于感测所述加热区内的温度；所述硅钼棒发热体安装在所述上加热腔室和所述下加热腔室内，所述温控系统从所述热电偶接收温度信号并控制所述硅钼棒发热体工作。
优选地，所述高温大气炉包括框架结构和包覆在所述框架结构的外周的保温材料层，所述保温材料层采用多孔氧化铝陶瓷纤维制成；和/或所述高温大气炉的外周套设有水冷装置。
优选地，包覆在所述高温大气炉的试验区的上侧壁和后侧壁上的保温材料层的厚度大于包覆在所述高温大气炉的试验区的下侧壁和前侧壁上的保温材料层的厚度。
本发明在第二方面提供了一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试方法，采用本发明在第一方面所述的测试装置进行，所述测试方法包括如下步骤：
(1)当试样需要随炉升温时，在常温条件下，将试样安装在与所述加热区连通的测试区的中心位置，使得所述试样随炉升温至测试温度；当试样需要快速升温或需要避免升温过程中试样的氧化时，先将所述高温大气炉升温至测试温度，然后将所述纵向隔热板推入所述高温大气炉内，再将试样安装在所述测试区的中心位置并抽离所述纵向隔热板以使得所述试验区与所述加热区连通；
(2)将试样进行保温；在保温过程中，将所述高温引伸计的引伸杆插入所述高温大气炉内与所述试样的标距段相接触；
(3)将试样保温到指定时间后，通过拉伸载荷施加系统对试样施加拉伸载荷并通过所述高温引伸计记录试样的变形以及通过压力传感器记录试样的拉伸载荷；
(4)通过计算机对试样的尺寸、临界载荷和变形的数值进行计算以输出各项测量项目的数值，实现对试样的力学拉伸性能的测试。
优选地，所述高温大气炉的升温速率为15～30℃/min；和/或所述保温的时间为10～20min。
本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：
(1)本发明中的测试装置由热夹持改为冷夹持，不受高温夹头材料的限制，可实现高温1600℃以内材料的拉伸强度和模量等高温拉伸性能的测试。
(2)本发明中的测试装置采用了具有更短引伸杆的高温引伸计，减小了引伸杆的自身高温变形和打滑影响，大大提高了高温拉伸模量测试成功率和测试精度；本发明中的测试装置包括的高温大气炉分为第一炉体和第二炉体，并且第一炉体和第二炉体又被横向隔热板隔成上加热腔室和下加热腔室，每个加热区域内均能独立加热、独立测温，本发明中的测试装置通过加热控温方式的优化能够对炉内的温度及温度梯度进行精确控制。
(3)本发明采用“后置入试样方式”快速升温拉伸性能测试方法，试样的更换不必经历升温-降温-升温过程，测试效率可提高5倍以上。
(4)本发明采用“后置入试样方式”快速升温拉伸性能测试方法，可实现任意调节和控制试样的氧化时间，并可实现短时高温氧化拉伸性能测试。
附图说明
本发明附图仅仅为说明目的提供，图中的尺寸不一定与实际产品一致。
图1是本发明一个具体实施方式中的用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置的结构示意图。
图2是图1包括的高温大气炉的结构示意图。
图3是图2沿A-A的纵向剖视图。
图中：1：电子万能试验机；2：高温大气炉；201：炉体；202：硅钼棒发热体；203：纵向隔热板；204：热电偶；205：试样；206：横向隔热板；207：水冷装置；3：调节装置；301：高度调节平台；302：高度调节丝杆；303：丝杆调节把手；4：压力传感器；5：连接杆；6：水冷夹具；601：冷却水管路；7：高温引伸计；701：引伸杆；8：横向导轨；801：第一滑轮；9：计算机；10：温控系统。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置，图1是本发明一个具体实施方式中的用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置的结构示意图；图2是图1包括的高温大气炉的结构示意图；图3是图2沿A-A的纵向剖视图。
在本发明中，例如，如图1、图2和图3所示，所述的用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置包括用于对试样205施加拉伸载荷的拉伸载荷施加系统、高温大气炉2、用于对所述高温大气炉2进行温度控制的测温温控系统、用于调节所述高温大气炉2与所述拉伸载荷施加系统之间的相对位置的调节装置3和用于对试样205进行变形测量的高温变形测试系统；所述拉伸载荷施加系统包括主体结构、用于支撑所述主体结构的支撑台、相对地设置在所述主体结构内的顶部和底部的一对连接杆5和设置在所述连接杆5的一端的用于夹持试样205的具有水冷结构的水冷夹具6，设置在所述主体结构的顶部的所述连接杆5的一端穿过所述主体结构并套设有用于感应试样205的拉伸载荷的压力传感器4；所述高温大气炉2包括左右相对设置的第一炉体和第二炉体，所述第一炉体和所述第二炉体的内部为加热区，所述第一炉体和所述第二炉体相靠近的一侧的侧部设置有纵向开槽，所述纵向开槽内活动插设有纵向隔热板203，所述纵向隔热板203可推入所述高温大气炉2内或从所述高温大气炉2内抽离；当所述纵向隔热板203推入所述高温大气炉2内时，所述第一炉体、所述第二炉体和所述纵向隔热板203之间相互配合形成试验区，所述试验区的中心位置用于安装试样205。在本发明中，所述纵向隔热板203与所述高温大气炉2之间例如可以通过滑轨方式、榫接方式或卡位方式活动连接，使得纵向隔热板203可推入所述高温大气炉2内或从所述高温大气炉2内抽离；在本发明中，抽离所述纵向隔热板指的是抽离所述纵向隔热板一定距离，但以不使得所述纵向隔热板完全脱离所述纵向开槽为限，所述纵向开槽对所述纵向隔热板抽离所述高温大气炉的最大行程进行限制；在本发明中，例如，所述试验区的中心位置开设有贯通所述试验区的上下侧壁的中心开孔，所述中心开孔形成所述高温大气炉的炉口，所述试样的两端穿过所述高温大气炉的炉体201与水冷夹具6连接。
在本发明中，将第一炉体和第二炉体统称为炉体201，将设置在所述主体结构的顶部的连接杆5上的水冷夹具6记作上水冷夹具，将设置在所述主体结构的底部的连接杆5上的水冷夹具6记作下水冷夹具。在本发明中，所述拉伸载荷施加系统例如可以由具有框板式主体结构和支撑台的电子万能试验机1、所述压力传感器4以及所述连接杆5和设置在所述连接杆5上的水冷夹具6构成，本发明中的拉伸载荷施加系统不仅能够实现拉伸载荷的施加，而且为系统其它装置以及其它需要固定的部件提供支撑和操作空间；在本发明中，所述电子万能试验机1例如可以采用100kN电子万能试验机(例如德国Zwick公司生产的型号为Z100系列的电子万能试验机)。
在本发明中，具有水冷结构的水冷夹具6例如包括不锈钢制作而成的壳体和设置在所述壳体内部的用于供冷却水流通的冷却水通道，所述冷却水通道与设置在所述壳体外部的冷却水管路601连通，使得冷却水从所述水冷夹具6的一侧进入，从所述水冷夹具6的另一侧流出，例如，如图3所示；在本发明中，所述水冷夹具6具有水冷结构，例如，所述水冷夹具6通过所述冷却水通道和金属冷却水管路在炉体201的外部实现对所述试样205的冷夹持固定，并用于传递载荷给试样205；在本发明中，所述高温大气炉2的炉体201例如在试验区靠近试样205区的后侧设有纵向开槽，所述纵向隔热板203活动插设在所述纵向开槽内，所述纵向隔热板203可推入和抽离所述高温大气炉，从而在开炉装卸试样时可实现加热区和室温大气环境的隔绝；在本发明中，所述纵向隔热板203例如可以由保温隔热材料制成。
本发明中的测试装置结构设置合理，由热夹持改为冷夹持，不受高温夹头材料的限制，可实现高温1600℃以内材料的拉伸强度和模量等高温拉伸性能的测试，本发明中的水冷夹具设置在所述高温大气炉的外部即可实现对试样的夹持和载荷的传递；本发明的纵向隔热板的设置，可以使得当试样需要快速升温或需要避免升温过程中试样的氧化时，在开炉装卸试样时可实现加热区和室温大气环境的隔绝，便于安装试样，试样的更换不必经历升温-降温-升温过程，明显提高测试效率，并且能够更加精确地控制氧化时间，本发明中的测试装置的模量测试精度和成功率高。
根据一些优选的实施方式，所述第一炉体和所述第二炉体的内部均设置有横向隔热板206，用于将所述第一炉体和所述第二炉体内部的加热区分隔成上加热腔室和下加热腔室，从而使得所述高温大气炉2具备四个独立的加热腔室；在本发明中，所述横向隔热板206例如也可以由保温隔热材料制成。
根据一些优选的实施方式，所述调节装置3包括高度调节平台301、沿所述高温大气炉2的左右方向(如图3中箭头所示的方向)设置在所述高度调节平台301上的横向导轨8、设置在所述高温大气炉2的底部的与所述横向导轨8相匹配的第一滑轮801、沿所述高温大气炉2的前后方向(如图1和图2中箭头所示的方向)设置在所述高度调节平台301上的纵向导轨和设置在所述高温大气炉2的底部的与所述纵向导轨相匹配的第二滑轮；所述高温大气炉2设置在所述高度调节平台301上，所述调节装置3可操作地调节所述高温大气炉2与所述拉伸载荷施加系统之间的相对位置，使得所述水冷夹具6正对所述试验区的中心位置。在本发明中，所述高温大气炉通过横向导轨、第一滑轮、纵向导轨以及第二滑轮设置在所述调节平台上；在本发明中，当所述调节平台穿设在所述主体结构的中部，通过所述主体结构支撑时，所述调节平台上例如可以开设供所述下水冷夹具穿过的通孔；在本发明中，所述第一滑轮和所述第二滑轮例如可以为可锁紧滑轮，所述第一滑轮和所述第二滑轮分别可以在所述横向导轨和所述纵向导轨上滑动或者锁紧在对应导轨的任意位置。
根据一些优选的实施方式，所述高度调节平台301的一侧设置有高度调节丝杆302，所述高度调节丝杆302上设置有丝杆调节把手303，所述高度调节平台301在高度方向的位置通过设置在所述高度调节丝杆302上的所述丝杆调节把手303进行调节。在本发明中，所述高温大气炉2例如可以采用扁平化的炉体设计，所述高温大气炉的前后位置通过所述纵向导轨进行调节，高度方向通过丝杆调节把手进行调节，所述高温大气炉的炉体的左右两部分(第一炉体和第二炉体)通过横向导轨实现对开，例如，如图3所示；在本发明中，通过纵向导轨、横向导轨和丝杆调节把手的调节，可以使所述高温大气炉的炉口(中心开孔)与拉伸载荷施加系统的连接杆以及水冷夹具处于合适的位置，即使得炉体上下中心开孔与水冷夹具对正。
根据一些优选的实施方式，所述高温变形测试系统包括高温引伸计7和与所述高温引伸计7连接的计算机9，所述计算机9还与所述压力传感器4连接；所述高温引伸计7的引伸杆701插入所述高温大气炉2内与试样205的标距段相接触；在本发明中，所述高温引伸计例如可以为具有短引伸杆701的Epsilon引伸计；在本发明中，例如，所述高温引伸计7设置在所述高温大气炉2的前侧，并且所述高温引伸计7的底部固定在所述支撑台上，例如，如图1和图2所示，在进行试样测试时，将所述高温引伸计的引伸杆(例如由陶瓷材料制成的棒状引伸杆)通过开设在炉体前侧的小孔插入炉内，与试样的标距段相接触；在本发明中，所述高温引伸计例如也可以设置有水冷结构。本发明中的测试装置优选为采用具有短引伸杆的高温引伸计，能够有效减小引伸杆的自身高温变形和打滑影响，大大提高了高温拉伸模量测试成功率和测试精度。
根据一些优选的实施方式，所述测温温控系统包括热电偶204、硅钼棒发热体202和与所述热电偶204和所述硅钼棒发热体202连接的温控系统10；所述热电偶204靠近所述试验区设置在所述加热区内，用于感测所述加热区内的温度；所述硅钼棒发热体202(可耐1600℃高温)安装在所述上加热腔室和所述下加热腔室内，所述温控系统10从所述热电偶204接收温度信号并控制所述硅钼棒发热体202工作。在本发明中，所述温控系统根据从所述热电偶接收的温度信号控制所述硅钼棒发热体工作；在本发明中，所述上加热腔室和所述下加热腔室内均安装有一个硅钼棒发热体202；在本发明中，即所述第一炉体(左侧炉体)和所述第二炉体(右侧炉体)的上加热腔室和下加热腔室内均安装有一个所述硅钼棒发热体202，即在本发明中，所述硅钼棒发热体202的数量共4个，左右侧炉体201中各安装两个所述硅钼棒发热体，呈上下排列在所述第一炉体和所述第二炉体的上下两个加热腔室内，所述硅钼棒发热体202例如从开设在所述高温大气炉的加热区的顶面和侧面的小孔穿过；在本发明中，所述硅钼棒发热体例如可以通过陶瓷套管安装在炉体内，同一加热区域(上部或下部)通过串联的导电金属箔丝分别连接在电极上，然后通过电极与温控系统连接。
在本发明中，将所述第一炉体的上加热腔室和所述第二炉体的上加热腔室当作上部同一加热区域，同时，将所述第一炉体的下加热腔室和所述第二炉体的下加热腔室当作下部同一加热区域；在本发明中，四个所述硅钼棒发热体的设置使得本发明中的所述高温大气炉具备四个独立加热、测温和控温的炉内空间，有利于使得所述高温大气炉内的温度场更加均匀；在本发明中，例如，如图2和图3所示，所述测温温控系统由两路带有陶瓷保护套的B型铂铑热电偶进行测温，1600℃下可以正常使用；在本发明中，例如将热电偶通过开设在炉体的小孔分别插入炉体内部上下两个靠近试验区的位置，对高温大气炉进行独立测温；两路热电偶分别用于检测炉体的上加热腔室或炉体的下加热腔室内的温度，实现独立控温；在本发明中，通过加热控温方式的优化能够实现炉内温度及温度梯度的精确控制。
根据一些优选的实施方式，所述高温大气炉2包括框架结构和包覆在所述框架结构的外周的保温材料层，所述保温材料层采用多孔氧化铝陶瓷纤维(例如低热导率的多孔氧化铝陶瓷纤维)制成。在本发明中，所述炉体分为加热区和试验区，加热区尺寸较大，而试验区尺寸较小，在本发明中，需要控制试验区整体厚度，其中加热区采用比试验区的保温材料层更厚的保温材料层，而试验区上侧壁和后侧壁例如可以采用较厚的保温材料层，这是由于加热后的热气流往上走，因此炉体内上侧壁的温度更高，因此需要更厚的保温隔热材料，试验区下侧壁和前侧壁采用较薄的保温材料层，从而使得在本发明中，采用较短的引伸杆即可很方便地插入所述炉体内与试样的标距段相接触并紧靠试样实现形变测量。
根据一些优选的实施方式，包覆在所述高温大气炉2的试验区的上侧壁和后侧壁上的保温材料层的厚度大于包覆在所述高温大气炉2的试验区的下侧壁和前侧壁上的保温材料层的厚度。
根据一些优选的实施方式，所述高温大气炉2的外周套设有水冷装置207。
本发明在第二方面提供了一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试方法，采用本发明在第一方面所述的测试装置进行，所述测试方法包括如下步骤：
(1)当试样需要随炉升温时，在常温条件(例如20～40℃)下，将试样安装在与所述加热区连通的测试区的中心位置，使得所述试样随炉升温至测试温度；当试样需要快速升温或需要避免升温过程中试样的氧化时，然后将所述纵向隔热板推入所述高温大气炉内，再将试样安装在所述测试区的中心位置并抽离所述纵向隔热板以使得所述试验区与所述加热区连通；
(2)将试样进行保温；在保温过程中，将所述高温引伸计的引伸杆插入所述高温大气炉内与所述试样的标距段相接触(卡在所述试样的标距段内)；
(3)将试样保温到指定时间后，通过拉伸载荷施加系统对试样施加拉伸载荷并通过所述高温引伸计记录试样的变形以及通过压力传感器记录试样的拉伸载荷；所述高温引伸剂能够将记录的试样的变形以及压力传感器能够将记录的试样的拉伸载荷传输给计算机
(4)通过计算机对试样的尺寸、临界载荷和变形的数值进行计算以输出各项测量项目的数值，实现对试样的力学拉伸性能的测试，可获得材料在高温氧化气氛下的强度和模量等。
在本发明中，在将试样进行测试之前，需要将试样加工成符合力学拉伸性能测试标准的形状。
本发明中这种采用“后置入试样方式”快速升温拉伸性能测试方法，试样的更换不必经历升温-降温-升温过程，测试效率可提高5倍以上，并且可实现任意调节和控制试样的氧化时间，并可实现短时高温氧化拉伸性能测试。
根据一些具体实施方式，当试样需要快速升温或需要避免升温过程中试样的氧化时，可以先将高温大气炉升到测试温度，将纵向隔热板推入所述高温大气炉内，使之隔绝炉内加热区的高温，随后可以打开高温大气炉安装试样，试样安装完毕后闭合炉体，抽离纵向隔热板一定距离，使试验区和加热区完全连通；当所述纵向开槽设置在所述试验区的后侧部时，抽离纵向隔热板一定距离指的是相对所述试验区前侧抽离所述纵向隔热板一定距离。
根据一些优选的实施方式，所述高温大气炉的升温速率为15～30℃/min(例如15℃、20℃、25℃或30℃)；和/或所述保温的时间为10～20min(例如10、12、14、16、18或20min)。
根据一些具体的实施方式，试样在随炉升温过程中，所述高温大气炉加热炉对试样进行加热，加热速率为15～30℃/min，到达测试所需要的温度后保温10～20min。
在本发明中，拉伸载荷施加系统对试样施加拉伸载荷，计算机根据公式δ＝Pc/bh计算拉伸强度δ，在公式δ＝Pc/bh中，其中Pc为临界载荷，b为试样宽度，h为试样厚度。
在本发明的一些优选实施方式，本发明通过硅钼棒发热体加热高温大气炉内环境温度来评价高温复合材料的高温力学拉伸性能，本发明可以测量1600℃以内高温氧化环境下材料的强度及模量等基本力学量；本发明中的测试装置和测试方法优化了炉内空间和加热控温方式，并配合冷夹持和高温变形测试系统，形成了新的大气气氛高温拉伸测试系统，并实现了“后置入试样”快速升温拉伸性能测试方法；本发明利用带陶瓷保护套的B型铂铑热电偶检测试样附近温度，通过设计带水冷的金属夹具对试样施加拉伸载荷，并记录相应载荷，与此同时，采用具有短引伸杆的高温引伸计直接测量试样变形。
特别说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试装置，其特征在于：
包括用于对试样施加拉伸载荷的拉伸载荷施加系统、高温大气炉、用于对所述高温大气炉进行温度控制的测温温控系统、用于调节所述高温大气炉与所述拉伸载荷施加系统之间的相对位置的调节装置和用于对试样进行变形测量的高温变形测试系统；
所述拉伸载荷施加系统包括主体结构、用于支撑所述主体结构的支撑台、相对地设置在所述主体结构内的顶部和底部的一对连接杆和设置在所述连接杆的一端的用于夹持试样的具有水冷结构的水冷夹具，设置在所述主体结构的顶部的所述连接杆的一端穿过所述主体结构并套设有用于感应试样的拉伸载荷的压力传感器；
所述高温大气炉包括左右相对设置的第一炉体和第二炉体，所述第一炉体和所述第二炉体的内部为加热区，所述第一炉体和所述第二炉体相靠近的一侧的侧部设置有纵向开槽，所述纵向开槽内活动插设有纵向隔热板，所述纵向隔热板可推入所述高温大气炉内或从所述高温大气炉内抽离；当所述纵向隔热板推入所述高温大气炉内时，所述第一炉体、所述第二炉体和所述纵向隔热板之间相互配合形成试验区，所述试验区的中心位置用于安装试样。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：
所述第一炉体和所述第二炉体的内部均设置有横向隔热板，用于将所述第一炉体和所述第二炉体内部的加热区分隔成上加热腔室和下加热腔室。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：
所述调节装置包括高度调节平台、沿所述高温大气炉的左右方向设置在所述高度调节平台上的横向导轨、设置在所述高温大气炉的底部的与所述横向导轨相匹配的第一滑轮、沿所述高温大气炉的前后方向设置在所述高度调节平台上的纵向导轨和设置在所述高温大气炉的底部的与所述纵向导轨相匹配的第二滑轮；
所述高温大气炉设置在所述高度调节平台上，所述调节装置可操作地调节所述高温大气炉与所述拉伸载荷施加系统之间的相对位置，使得所述水冷夹具正对所述试验区的中心位置。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于：
所述高度调节平台的一侧设置有高度调节丝杆，所述高度调节丝杆上设置有丝杆调节把手，所述高度调节平台在高度方向的位置通过所述丝杆调节把手进行调节。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：
所述高温变形测试系统包括高温引伸计和与所述高温引伸计连接的计算机，所述计算机还与所述压力传感器连接；
所述高温引伸计的引伸杆插入所述高温大气炉内与试样的标距段相接触。
6.根据权利要求1至5任一项所述的测试装置，其特征在于：
所述测温温控系统包括热电偶、硅钼棒发热体和与所述热电偶和所述硅钼棒发热体连接的温控系统；
所述热电偶靠近所述试验区设置在所述加热区内，用于感测所述加热区内的温度；
所述硅钼棒发热体安装在所述上加热腔室和所述下加热腔室内，所述温控系统从所述热电偶接收温度信号并控制所述硅钼棒发热体工作。
7.根据权利要求1至5任一项所述的测试装置，其特征在于：
所述高温大气炉包括框架结构和包覆在所述框架结构的外周的保温材料层，所述保温材料层采用多孔氧化铝陶瓷纤维制成；和/或
所述高温大气炉的外周套设有水冷装置。
8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：
包覆在所述高温大气炉的试验区的上侧壁和后侧壁上的保温材料层的厚度大于包覆在所述高温大气炉的试验区的下侧壁和前侧壁上的保温材料层的厚度。
9.一种用于高温环境下的力学拉伸性能测试方法，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的测试装置进行，所述测试方法包括如下步骤：
(1)当试样需要随炉升温时，在常温条件下，将试样安装在与所述加热区连通的测试区的中心位置，使得所述试样随炉升温至测试温度；当试样需要快速升温或需要避免升温过程中试样的氧化时，先将所述高温大气炉升温至测试温度，然后将所述纵向隔热板推入所述高温大气炉内，再将试样安装在所述测试区的中心位置并抽离所述纵向隔热板以使得所述试验区与所述加热区连通；
(2)将试样进行保温；在保温过程中，将所述高温引伸计的引伸杆插入所述高温大气炉内与所述试样的标距段相接触；
(3)将试样保温到指定时间后，通过拉伸载荷施加系统对试样施加拉伸载荷并通过所述高温引伸计记录试样的变形以及通过压力传感器记录试样的拉伸载荷；
(4)通过计算机对试样的尺寸、临界载荷和变形的数值进行计算以输出各项测量项目的数值，实现对试样的力学拉伸性能的测试。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于：
所述高温大气炉的升温速率为15～30℃/min；和/或
所述保温的时间为10～20min。
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