CN1932473A - 双椭圆反射柱面部分重叠光辐射热疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置，包括控制系统、加热系统、冷却系统、试件样加载系统和温度测量系统，其特征在于：还包括固定反射器(1)和回转反射器(2)；固定反射器(1)由A椭圆和B椭圆反射面部分重叠形成，在A椭圆焦点(F₃)位置放置加热体(5)；在B椭圆焦点(F₁)位置放置加热体冷却管(7)；在双椭圆公共焦点(F₂)位置放置试件(9)；回转反射器(2)为C型结构，其内侧壁为区段椭圆柱面，并设置冷却内腔，其下端与皮带轮(8)固联，中心的空心管与固定反射器(1)中心铰链连接。这种结构，可使试件可以快速加热、快速冷却，高温环境温度为由现有技术的200℃提高到1300℃左右，且试件标距内温度均匀。

Description

双椭圆反射柱面部分重叠光辐射热疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及一种材料热疲劳性能试验装置，特别是双椭圆反射柱面部分重叠光辐射热疲劳试验装置。

背景技术

材料的热疲劳性能是评定材料在热循环工作条件下的最基本性能之一，特别是对于热结构材料尤为重要。一般的材料热疲劳方法是将材料试件在空气炉中加热，或是用感应加热，或是直接通电加热法，或是红外线加热法。然后用压缩空气或液体介质快速冷却，加热和冷却反复进行。

文献“申请号为200420079965.6的中国专利”介绍了一种弹簧热疲劳试验机，其结构包括控制系统、加热系统和冷却系统，其加热系统是由电阻炉、滑门和插入炉中的热电偶组成，冷却系统由水槽和插入水中的温度计组成，这种热疲劳试验机存在以下不足：试件在空气炉中加热，其高温环境温度为200℃，无法满足高温度材料试验的要求；使用水槽直接冷却试件，其液态冷却介质与某些试验材料反应，不能正确表征测试材料的热疲劳性能。尤其对非均匀材料和多孔材料，冷却不均匀，带来较大的试验误差。

发明内容

为了克服现有技术加热温度低且不能迅速降温的不足，本发明提供一种双椭圆反射柱面部分重叠光辐射热疲劳试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置，包括控制系统、加热系统和冷却系统，其特点是：还包括固定反射器1和回转反射器2；固定反射器1由A椭圆和B椭圆反射面部分重叠形成，在A椭圆焦点F₃位置放置加热体5，加热体5外面套有石英玻璃管，其夹层通氩气，并用绝缘体6将加热体5与盖板3和底板4隔开；在B椭圆焦点F₁位置放置加热体冷却管7；在双椭圆公共焦点F₂位置即回转反射器2的纵轴中心空心管内放置试件9；回转反射器2为C型结构，其内侧壁为区段椭圆柱面，并设置冷却内腔，冷却内腔接冷却水管12，回转反射器2的纵轴中心是空心管，其下端与皮带轮8固联，其中心的空心管与固定反射器1铰链连接。

本发明的有益效果是：由于采用了双椭圆反射面部分重叠光辐射固定反射器和回转反射器结合，且固定反射器和回转反射器的内反射面镀有铑涂层；以及采取将加热体置于A椭圆反射面的焦点F₃，涂有镍黑的冷却管置于B椭圆反射面的焦点F₁，被测热疲劳试件置于双椭圆反射面的公共焦点F₂等措施，使试件可以快速加热、快速冷却。利用本发明装置对3D-C/SiC复合材料进行了热疲劳试验，试件的热循环曲线如图4所示。30秒内可将试件快速加热到1300℃，用黑体吸收冷却，在60秒内试件的温度由1300℃降至400℃。经测定，当发热体的工作温度达到1650℃时，试件温度可达1320℃，试件标距内温度均匀。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置结构示意图

图2是图1中固定反射器结构主视剖面图和俯视图

图3是图1中回转反射器结构剖视放大图和A-A向剖面图

图4是双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置原理示意图

图5是3D-C/SiC复合材料试件的热循环曲线图

图中，1-固定反射器  2-回转反射器  3-盖板  4-底板  5-加热体  6-绝缘体  7-冷却管8-皮带轮  9-试件  10-皮带  11-电机  12-冷却管  13-铑涂层  14-调压器  F₁-B椭圆焦点F₂-双椭圆公共焦点  F₃-A椭圆焦点

具体实施方式

参照图1～图5，本发明包括控制系统、加热系统、冷却系统、试件样加载系统和温度测量系统，其加热系统、冷却系统即温度热循环系统介绍如下：

双椭圆反射柱面部分重叠光辐射热疲劳试验装置由双椭圆反射柱面部分重叠光辐射固定反射器1、回转反射器2、固定反射器盖板3、固定反射器底板4、加热体5、石棉绝缘体6、涂镍黑冷却管7、皮带轮8、热疲劳试件9、皮带10、调速直流电机11、冷却水管12、铑涂层13和可控硅交流调压器14构成。

双椭圆反射柱面部分重叠光辐射固定反射器简称为固定反射器1，它的结构是双椭圆反射柱面部分重叠形成。回转反射器2为C型结构，其内侧壁为区段椭圆柱面，其设置的内腔可用冷却水冷却。回转反射器2的纵轴中心是空心管，其下端与皮带轮8固联，其中心的空心管与固定反射器1中心铰链连接。固定反射器1、回转反射器2、固定反射器盖板3和固定反射器底板4等均用黄铜制成，其内壁抛光为镜面，然后镀一层1μm厚的铑涂层13。镀有铑膜的反射面的反射效率能达到83％。加热体5是加热试件的热源，材料为石墨或碳化硅或二硅化钼。使用石墨加热体时，加热体外面需套上一个石英玻璃管，其夹层用氩气保护，并用绝缘体6将加热体5与盖板3和底板4隔开。石棉绝缘体6是防止加热体5与其它零件短路。涂镍黑铜冷却管7是紫铜管外壁涂有0.1mm厚镍黑层的冷却管。

F₁是B椭圆焦点，F₃是A椭圆焦点，A、B两椭圆构成固定反射器1双椭圆反射柱面，F₂为双椭圆反射面的公共焦点，石墨、或碳化硅、或二硅化钼加热体5作为发光热源位于A椭圆的焦点F₃，外表面涂有镍黑的铜冷却管7位于B椭圆的焦点F₁，被测热疲劳试件9位于双椭圆的公共焦点F₂。

固定反射器1、回转反射器2、固定反射器盖板3、固定反射器底板4联合组成反射内腔壁。安放固定反射器1后，在固定反射器1上下安放固定反射器盖板3和固定反射器底板4。然后在A椭圆的焦点F₃位置安放加热体5和石棉绝缘体6，通过铜导线与可控硅交流调压器14连接，涂有镍黑的铜冷却管7安放于B椭圆的焦点F₁，回转反射器2的中心对准双椭圆的公共焦点F₂，在其孔中装入被测热疲劳试件9。固定反射器盖板3和固定反射器底板4所开的三个孔正好与涂有镍黑的铜冷却管7、回转反射器2和加热体5安装中对应。在安装回转反射器2中，还要在其上装入冷却水管12，同时在其下部安装皮带轮8，最后用皮带10与调速直流电机11连接。

可控硅交流调压器14输出电压为8～24v，输出电流为0～1KA，根据温度循环的最高温度选择合适的电流对加热体5的两端供电。

通过控制调速直流电机11的转动，即达到通过皮带轮8上的皮带10控制回转反射器2的转动。当回转反射器2转动至位置“I”时，回旋反射器2内侧壁与固定反射器1右边的大半个椭圆构成一个完整椭圆柱面。根据椭圆的光学性质和物理性质，处于A椭圆焦点F₃的加热体5发出的光聚焦于双椭圆公共焦点F₂，位于双椭圆公共焦点F₂的被测热疲劳试件9被快速加热。被测热疲劳试件9的最高温度取决于供给加热体的功率以及反射器的反射效率。当被测热疲劳试件9加热至预先设定的温度时，回转反射器逆时针转动180°至位置“II”时，回转反射器2内壁与左边椭圆内侧壁构成一个完整的椭圆柱面，这时双椭圆公共焦点F₂处的被测热疲劳试件9发出的光聚焦于B椭圆焦点F₁处，B椭圆焦点F₁处是通冷却水的涂镍黑铜冷却管7，从而达到被测热疲劳试件9快速冷却的目的。当被测热疲劳试件9温度降至试验设定的最低温度时，回转反射体再次转至位置“I”时，被测热疲劳试件9再一次被加热，如此反复进行便对被测热疲劳试件形成热疲劳。

利用本发明的装置对3D-C/SiC复合材料进行了热疲劳试验，试样的热循环曲线如图5所示。从图5中可以看到，30秒内可将试样快速加热到1300℃，用黑体吸收冷却，在60秒内由1300℃降至400℃。经测定，当发热体的工作温度达到1650℃时，试样温度可达1320℃，试样标距内温度均匀。

Claims (4)

1、一种双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置，包括控制系统、加热系统、冷却系统、试件样加载系统和温度测量系统，其特征在于：还包括固定反射器(1)和回转反射器(2)；固定反射器(1)由A椭圆和B椭圆反射面部分重叠形成，在A椭圆焦点(F₃)位置放置加热体(5)，加热体(5)外面套有石英玻璃管，其夹层通氩气，并用绝缘体(6)将加热体(5)与盖板(3)和底板(4)隔开；在B椭圆焦点(F₁)位置放置加热体冷却管(7)；在双椭圆公共焦点(F₂)位置即回转反射器(2)的纵轴中心空心管内放置试件(9)；回转反射器(2)为C型结构，其内侧壁为区段椭圆柱面，并设置冷却内腔，冷却内腔接冷却水管(12)，回转反射器(2)的纵轴中心是空心管，其下端与皮带轮(8)固联，其中心的空心管与固定反射器(1)中心铰链连接。

2、根据权利要求1所述的双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置，其特征在于：所述的加热体用材料为石墨或碳化硅或二硅化钼。

3、根据权利要求1所述的双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置，其特征在于：所述的冷却管是外壁涂有镍黑层的紫铜管。

4、根据权利要求1所述的双椭圆反射面部分重叠光辐射热疲劳试验装置，其特征在于：所述的固定反射器和回转反射器其内壁镀有铑涂层。

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