CN217211888U - 材料高温力学性能测试用夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种材料高温力学性能测试用夹具，属于性能测试用夹具设计及制造技术领域。该夹具为拉伸夹具，所述拉伸夹具包括拉杆、锁紧螺母和垫块；其中：所述拉杆包括上拉杆和下拉杆，上拉杆与下拉杆的夹持端均设有外螺纹，夹持端安装完测试样品Ⅰ后通过套装的锁紧螺母锁紧，实现对夹持端的保护。该夹具可实现温度1000～1700℃空气、惰性气氛和真空等环境使用，以及1800℃以上惰性气氛或真空下使用。同时，夹具具有较高的使用寿命和较低测试成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及性能测试用夹具设计及制造技术领域，具体涉及一种材料高温力学性能测试用夹具。
背景技术
以碳纤维增强碳基、陶瓷基、超高温陶瓷基复合材料，碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料为代表的特种高温材料已广泛应用于航空、航天、兵器等领域，如火箭发动机喷管、喉衬，航空发动机叶片等。该类热端部件服役温度一般在1200～3000℃，材料高温力学性能评价对武器系统安全服役起到至关重要作用。
目前，高温力学性能测试夹具主要有高温合金夹具(使用温度≤900℃)和C/C复合材料夹具(使用温度1000～2500℃)。高温合金夹具因其使用温度低，难以满足超高温材料的测试需求；C/C复合材料夹具虽然使用温度满足测试要求，但因其不耐氧化，在使用过程中损耗大，使得测试成本较高，极大限制了其使用，同时C/C复合材料夹具在拉伸力太大时材料易发生层间断裂导致夹具拉断。
因此，需开发一种耐高温、抗氧化、高温强度优异的测试夹具，为超高温力学试验的开展提供保障。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种材料高温力学性能测试用夹具，该夹具耐高温、抗氧化、具有优异的高温强度，不易拉断。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种材料高温力学性能性能测试用夹具，包括拉伸夹具和弯曲夹具，各夹具具体结构如下。
一、接伸夹具：
所述拉伸夹具包括拉杆、锁紧螺母(3)和垫块(5)；其中：所述拉杆包括上拉杆(2)和下拉杆(6)，上拉杆(2)与下拉杆(6)的夹持端均设有外螺纹，夹持端安装完测试样品Ⅰ(4)后通过套装的锁紧螺母(3)锁紧，实现对夹持端的保护。
所述拉杆的样品夹持端的轴向设有插入槽，同时在垂直于拉杆轴向设有通孔，测试样品端部经由插入槽进入通孔后，在通孔两侧各放置一个弧形垫块对测试样品端部进行固定；所述弧形垫块的内侧表面与测试样品端部的侧表面相贴合，弧形垫块的外侧表面与所述通孔的内表面贴合；通过通孔内垫块(5)实现测试样品Ⅰ与拉杆完全贴合。
所述拉杆的端部均设有销钉孔Ⅰ(1)，拉杆通过销钉固定在力学试验机上。
所述锁紧螺母(3)锁紧后，保持与拉杆夹持端端面齐平。
二、弯曲夹具：
所述弯曲夹具包括压杆(8)、底板(11)和支撑辊(10)，其中：所述压杆(8)的上端设有销钉孔Ⅱ(7)，压杆(8)通过销钉固定在力学试验机上，压杆(8)底端为圆弧面；所述底板(11)上表面设有两个平行排列的圆弧状条形凹槽，所述支撑辊(10)置于凹槽内，两者弧度保持一致紧密结合，测试样品Ⅱ(9)置于支撑辊(10)上。
所述拉伸夹具与弯曲夹具的制备材料为中间基层与基层两侧外层复合形成的三层结构，其中基层为C/C复合材料，外层为SiC涂层。
本实用新型的有益效果是：
(1)传统高温力学性能测试夹具主要有高温合金夹具(使用温度≤900℃)和C/C复合材料夹具(使用温度1000～2500℃)。但高温合金夹具使用温度低，难以满足超高温材料的测试需求；C/C复合材料夹具虽然使用温度满足测试要求，但不耐氧化。本实用新型采用C/C复合材料+SiC涂层材料体系(C/C复合材料外侧复合SiC涂层)作为夹具材料，使用温度提高，且耐氧化，但该材料体系虽然强度相比于C/C复合材料有所提升，但由于拉伸夹具的测试样品是固定在夹具夹持端的楔形垫块内，当拉伸力过大时仍可能由于材料层间断裂造成拉杆损坏。因此本实用新型在拉伸夹具夹持端设置外螺纹，通过螺母锁紧，在提高夹持稳定性的同时能够对夹持端进行保护，以防止拉杆损坏。
(2)传统高温合金夹具使用温度低于900℃，单一C/C复合材料夹具使用温度1000～2500℃；本实用新型选用C/C复合材料+SiC涂层材料体系制得高温力学性能测试夹具可实现温度1000～1700℃空气、惰性气氛和真空等环境使用，或者1800℃以上惰性气氛或真空环境中使用。
(3)本实用新型设计和制造的高温拉伸和弯曲夹具的使用寿命高，可以降低测试成本。
附图说明
图1为材料制备流程图。
图2为C/C复合材料+SiC涂层材料微观结构图。
图3为拉伸夹具结构示意图。
图4为弯曲夹具结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
本实用新型提供一种材料高温力学性能性能测试用夹具制造方法，包括夹具结构设计、夹具材料体系设计和夹具制备方法三个方面，具体如下：
一、夹具结构设计，夹具包括拉伸夹具和弯曲夹具，具体结构如下：
如图3所示，拉伸夹具包括拉杆、锁紧螺母3和垫块5；其中：所述拉杆包括上拉杆2和下拉杆6，拉杆的端部均设有销钉孔Ⅰ1，拉杆通过销钉固定在力学试验机上，上拉杆2与下拉杆6的夹持端均设有外螺纹，夹持端安装完测试样品Ⅰ4后通过锁紧螺母3由上向下锁紧，保持与夹持端端面齐平，锁紧螺母主要作用防置拉伸力过大造成拉杆损坏；所述拉杆的样品夹持端的轴向设有插入槽，同时在垂直于拉杆轴向设有通孔，测试样品端部经由插入槽进入通孔后，在通孔两侧各放置一个弧形垫块对测试样品端部进行固定；所述弧形垫块的内侧表面与测试样品端部的侧表面相贴合，弧形垫块的外侧表面与所述通孔的内表面贴合；通过通孔内垫块5实现测试样品Ⅰ与拉杆完全贴合。
如图4所示，弯曲夹具包括压杆8、底板11和支撑辊10，其中：所述压杆8的上端设有销钉孔Ⅱ7，压杆8通过销钉固定在力学试验机上，压杆8底端为圆弧面；所述底板11上表面设有两个平行排列的圆弧状条形凹槽，所述支撑辊10置于凹槽内，两者弧度保持一致紧密结合，测试样品Ⅱ9置于支撑辊10上。
二、夹具材料体系设计：选用C/C复合材料与SiC深度涂层复合的材料体系；
三、夹具制备流程如图1，依次采用电耦合化学气相渗工艺(E-CVI)、树脂浸渍裂解工艺(PIC)与化学气相沉积工艺(CVD)制备所述夹具，具体包括如下步骤(a)-(d)；
(a)采用E-CVI工艺制备低密度C/C复合材料毛坯；
(b)采用PIC工艺制备高密度C/C复合材料毛坯；
(c)成型加工；
(d)采用CVD工艺制备SiC深度抗氧化层。
实施例1：
本实施例为拉伸夹具制备过程，具体如下：
(1)采用E-CVI工艺制备低C/C复合材料毛坯，以Ar或者N2为稀释气体，稀释气体流量0.2m3/h，以液化天然气为碳源气体，碳源气体流量0.05m3/h；沉积温度700～1100℃，沉积时间80h，材料密度1.2g/cm3；(2)采用高PIC工艺制备高密度C/C复合材料毛坯，利用高压环境将树脂前驱体引入到材料内部，加压至5MPa，保持2h；120-250℃交联固化20h；碳化温度1200℃，碳化时间12小时；循环上述过程8次，材料密度1.75g/cm3；(3)按设计图纸进行成型加工；(4)CVD-SiC深度抗氧化层制备，沉积温度1200℃，以Ar或者N2为稀释气体，流量0.3m3/h；以H2为MTS的载体，流量0.3m3/h；反应时间45小时，涂层厚度35μm。
所制备夹具为C/C复合材料+SiC涂层材料，其微观结构如图2。
实施例2：
本实施例为弯曲夹具制备过程，具体如下：
采用E-CVI工艺制备低C/C复合材料毛坯，以Ar或者N2为稀释气体，稀释气体流量0.2m3/h，以液化天然气为碳源气体，碳源气体流量0.05m3/h；沉积温度700～1100℃，沉积时间95h，材料密度1.4g/cm3；(2)采用高PIC工艺制备高密度C/C复合材料毛坯，利用高压环境将树脂前驱体引入到材料内部，加压至5MPa，保持2h；120-250℃交联固化20h；碳化温度1200℃，碳化时间12小时；循环上述过程8次，材料密度1.73g/cm3；(3)按设计图纸进行成型加工；(4)CVD-SiC深度抗氧化层制备，沉积温度1200℃，以Ar或者N2为稀释气体，流量0.3m3/h；以H2为MTS的载体，流量0.3m3/h；反应时间45小时，涂层厚度35μm。
以上实施例1-2制备的C/C复合材料+SiC涂层材料体系夹具，经测试可实现1000～1700℃条件下空气、惰性气氛或真空环境使用，或者1800℃以上惰性气氛或真空环境中使用。长期使用拉杆无断裂情况发生。
Claims (5)
1.一种材料高温力学性能测试用夹具，其特征在于：该夹具为拉伸夹具，所述拉伸夹具包括拉杆、锁紧螺母(3)和垫块(5)；其中：所述拉杆包括上拉杆(2)和下拉杆(6)，上拉杆(2)与下拉杆(6)的夹持端均设有外螺纹，夹持端安装完测试样品Ⅰ(4)后通过套装的锁紧螺母(3)锁紧，实现对夹持端的保护。
2.根据权利要求1所述的材料高温力学性能测试用夹具，其特征在于：所述拉杆的样品夹持端的轴向设有插入槽，同时在垂直于拉杆轴向设有通孔，测试样品端部经由插入槽进入通孔后，在通孔两侧各放置一个弧形垫块对测试样品端部进行固定；所述弧形垫块的内侧表面与测试样品端部的侧表面相贴合，弧形垫块的外侧表面与所述通孔的内表面贴合；通过通孔内垫块(5)实现测试样品Ⅰ与拉杆完全贴合。
3.根据权利要求1所述的材料高温力学性能测试用夹具，其特征在于：所述拉杆的端部均设有销钉孔Ⅰ(1)，拉杆通过销钉固定在力学试验机上。
4.根据权利要求1所述的材料高温力学性能测试用夹具，其特征在于：所述锁紧螺母(3)锁紧后，保持与拉杆夹持端端面齐平。
5.根据权利要求1所述的材料高温力学性能测试用夹具，其特征在于：所述夹具的制备材料为中间基层与基层两侧外层复合形成的三层结构，其中基层为C/C复合材料，外层为SiC涂层。
Priority Applications (1)
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| CN202220244772.XU CN217211888U (zh) | 2022-01-29 | 2022-01-29 | 材料高温力学性能测试用夹具 |
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Publications (1)
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| CN217211888U true CN217211888U (zh) | 2022-08-16 |
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Family Applications (1)
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| CN202220244772.XU Active CN217211888U (zh) | 2022-01-29 | 2022-01-29 | 材料高温力学性能测试用夹具 |
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