RU194241U1 - Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах - Google Patents
Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах Download PDFInfo
- Publication number
- RU194241U1 RU194241U1 RU2019119956U RU2019119956U RU194241U1 RU 194241 U1 RU194241 U1 RU 194241U1 RU 2019119956 U RU2019119956 U RU 2019119956U RU 2019119956 U RU2019119956 U RU 2019119956U RU 194241 U1 RU194241 U1 RU 194241U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- ceramic
- refractory metal
- ceramic materials
- mechanical characteristics
- Prior art date
Links
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 21
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 50
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/18—Performing tests at high or low temperatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/38—Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для механических испытаний керамических материалов при различных схемах нагружения, например, на растяжение, сжатие, изгиб и кручение при температурах свыше 1200°С. Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах включает нагружающее устройство, оснастку для крепления образца, индуктор генератора тока высокой частоты и керамический образец для испытаний. На образец нанесен слой тугоплавкого металла, нагреваемый вихревыми токами от индуктора генератора тока высокой частоты. Устройство позволяет проводить определение механических характеристик керамических образцов при температуре свыше 1200°С. 3 з.п. ф-лы.
Description
Полезная модель относится к устройствам для механических испытаний керамических материалов при различных схемах нагружения, например, на растяжение, сжатие, изгиб и кручение при температурах свыше 1200°С.
При высоких температурах традиционные испытания в температурных кабинетах и печах невозможны, поскольку оказывается неработоспособной оснастка, используемая для нагружения образца. Поэтому получили развитие методы испытания с нагревом образца непосредственно пропусканием через него тока или использование нагрева образца вихревыми токами, создаваемые индуктором генератора тока высокой частоты.
Из уровня техники известно решение, когда прохождение переменного электрического тока через медный индуктор вызывает появление магнитного поля, поток которого передается с помощью концентратора магнитного потока на нагревательное кольцо, выполненное из сплавов типа нихром, обладающих высоким электросопротивлением и высокой теплостойкостью. От нагретого таким образом вихревыми токами кольца осуществляется нагрев ток непроводящего образца конвективным и лучистым теплообменом (RU 2429121, опуб. 20.09.2011 В29В 13/02).
В патенте RU 2240531 С1, опуб. 20.11.2004, G01N 3/18 описывается установка для механических испытаний материалов при высоких температурах и давлениях, состоящая из рабочей камеры с захватами для образца, механизма нагружения, нагревателя, средств подачи газовой среды и содержащая контрольно-измерительную аппаратуру. Стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют каналы охлаждения. С внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция. Нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали. Нагрев образца осуществляется конвективным и лучистым теплообменом.
Недостатками данной установки является сложность реализации работоспособности захватов образца и самой камеры при температурах испытания керамики, как правило, превышающей 1200°С.
Известно устройство для испытания на термостойкость конструкционной керамики. Устройство состоит из опоры с зафиксированным в ней призматическим образцом, которые размещаются внутри трубки. Устройство вводится и выводится из разогретой печи с последующей подачей струи хладагента в вершину надреза нагретого образца. Нагрев образца в печи осуществляется конвективным и лучистым теплообменом (RU 2209796 С1, опуб. 10.08.2003 С04В 35/00).
Недостатком данного устройства является невозможность оценки напряжений, определяющих разрушение керамических материалов при нагреве.
Известна установка для измерения теплофизических характеристик в условиях приложения механических и тепловых нагрузок. Образец подвергают воздействию тепловой и механической нагрузок. При этом имеет место угловое отклонение вектора температурного градиента от вектора ускорения свободного падения, совпадающего с вектором силы тяжести. Электронагреватель, представляет собой навитую спираль, которая через гермовыводы соединена с источником питания, а ее физические и геометрические параметры выбираются с учетом характеристик образца (RU 2532609 С2, опуб. 10.11.2014, G01N 25/18).
Основным недостатком данного устройства является нагрев образца конвективным теплообменом и сложность приложения внешней нагрузки.
В авторском свидетельстве №369496 (опуб. 07.09.1983 G01N 3/20) представлен трубчатый измерительный керамический образец для определения объемного сопротивления, теплопроводности и механической прочности, а также для использования эффектов, возникающих при испытании образца в реакторе. Для измерений эффектов облучения на внутреннюю и внешнюю поверхность трубчатого керамического образца наносится материал с большим сечением (n,β)-реакции, характеризующей выделение электронов под действием тепловых нейтронов.
Недостатками данного трубчатого измерительного керамического образца является невозможность определения прочностных характеристик керамики при действии сжимающих, растягивающих или крутящих нагрузок.
Из уровня техники известны решения по нагреву металлического токопроводящего образца прямым пропусканием через него тока.
Известна установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, в которой нагружающий элемент выполнен в виде тонкостенной трубы с размещенной в ней тягой. Другой конец образца через цанговый зажим соединен с динамометром, установленным шарнирно на имеющейся раме. Токоподводы установлены с возможностью нагрева образца и нагружающего элемента (RU 2515351 С1, опуб. 10.05.2014, G01N 25/20).
Основным недостатком данной установки является нагрев образца за счет пропускания через него тока, что возможно только для токопроводящих материалов. Поскольку большинство керамических материалов являются диэлектриками, прочностные характеристики керамических материалов не могут быть определены на данной установке.
Известно устройство для испытания образцов керамических материалов, содержащее термостатирующую камеру, размещенный внутри цилиндрический полый нагреватель с расположенными в нем опорами для закрепления испытуемого образца, нагружатель, пуансон, и измерительную аппаратуру. Нагрев образца в камере осуществляется конвективным и лучистым теплообменом от нагревателя (SU 1040379 А, опуб. 07.09.1983 G01N 3/20).
Недостатком данного устройства является необходимость применения термостатирующей камеры, в которой реализуется не только нагрев образца, но и всей оснастки, что приводит, помимо сложности с обеспечением ее работоспособности, к большим энергозатратам.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому по техническому решению является устройство для испытания образцов на прочность. Нагрев образца осуществляется индукторами генератора тока высокой частоты (ТВЧ), расположенными как с внешней поверхности образца, так и во внутренней его полости, что позволяет создавать различный температурный градиент по толщине стенки исследуемого образца. Нагрев образца осуществляется через экраны, в том числе из тугоплавких материалов, конвективным и лучистым теплообменом (SU 1569670 А1, опуб. 07.06.1990 G01N 3/60).
Недостатком устройства является его крайняя сложность, большие энергетические затраты при испытаниях в условиях температур свыше 1200°С.
Технический результат заявленного технического решения заключается в создании устройства для определения механических характеристик керамических образцов при температуре свыше 1200°С.
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах, включает нагружающее устройство, оснастку для крепления образца, индуктор генератора тока высокой частоты и образец для испытаний. При этом образец для испытаний выполнен из керамического материала, на который нанесен слой тугоплавкого металла, нагреваемый вихревыми токами от индуктора генератора тока высокой частоты.
Слой тугоплавкого металла может быть нанесен на внутреннюю полость образца. Тугоплавкий металл может быть нанесен на внешнюю поверхность и внутреннюю полость образца полосками, не перекрывающими друг друга. В качестве тугоплавкого металла предпочтительно применяются вольфрам или тантал или молибден или ниобий или хром или их сочетания.
На фигуре 1 представлено устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах.
Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах включает нагружающее устройство (1), оснастку (2) для крепления керамического образца, керамический образец (3) для испытаний, индуктор (4) с генератором тока высокой частоты (5). На керамический образец нанесен слой тугоплавкого металла (6), представляющий собой металлическое токопроводящее покрытие. Нанесенный на керамический образец слой тугоплавкого металла, обеспечивающий его испытание при температурах свыше 1200°С, изготавливается из тугоплавких материалов, температура плавления которых значительно превосходит температуру испытаний. В качестве таких материалов могут использоваться: вольфрам с температурой плавления - 3410°С, тантал - 2996°С, молибден - 2622°С, ниобий - 2500°С, хром - 1910°С и другие тугоплавкие металлы. Слой тугоплавкого металла может наноситься как на внешнюю, так и на внутреннюю поверхность, например трубчатого, керамического образца. Слой тугоплавкого металла наносится на керамический образец методами плазменного, детонационного, газодинамического напыления или термического испарения в вакууме.
Устройство для определения прочностных характеристик керамических материалов при высоких температурах работает следующим образом. Испытуемый керамический образец устанавливается в оснастку (2) нагружающего устройства (1), обеспечивающего, растягивающую, сжимающую, крутящую нагрузку или их сочетание в зависимости от выбранной схемы нагружения, что позволяет реализовать требуемое напряженно-деформированное состояние в материале образца. Нагрев до заданной температуры рабочей части керамического образца (3) осуществляется за счет нагрева токопроводящего слоя тугоплавкого металла (6) вихревыми токами, создаваемыми генератором тока высокой частоты (ТВЧ). Для чего используется индуктор (4), питаемый от генератора ТВЧ (5). Температура фиксируется специальным устройством, например, пирометром, а нагрузку измеряют динамометром (на чертеже не показаны).
Нагружающее устройство и оснастка, выбираются из условия схемы нагружения образца - сжатие, растяжение, изгиб, кручение.
Устройство позволяет проводить измерения механических характеристик керамического образца на прочность, сжатие или кручение при температурах от 1200°С до 2000°С и более.
Применение керамического образца с нанесенным слоем из тугоплавкого металлического материала позволяет отказаться от конвективного или лучистого теплообмена, которое при высокой температуре приводят к большим тепловым потерям. Устройство обеспечивает нагрев рабочей части керамического образца непосредственно от нанесенного на образец слоя тугоплавкого металла за счет теплопроводности. При этом исключается нагрев оснастки для крепления керамического образца и понижаются энергозатраты за счет исключения конвективного или лучистого способа нагрева образца.
Claims (4)
1. Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах, включающее нагружающее устройство, индуктор генератора тока высокой частоты, отличающееся тем, что нагружающее устройство содержит оснастку, выполненную с возможностью закрепления образца для испытаний из керамического материала, на который нанесен слой тугоплавкого металла, при этом индуктор выполнен с возможностью нагрева образца вихревыми токами.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что слой тугоплавкого металла нанесен на внутреннюю полость образца.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что слой тугоплавкого металла нанесен на внешнюю поверхность и внутреннюю полость образца полосками, не перекрывающими друг друга.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве тугоплавкого металла применяется материал из группы: вольфрам, тантал, молибден, ниобий или хром, или их сочетания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119956U RU194241U1 (ru) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119956U RU194241U1 (ru) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU194241U1 true RU194241U1 (ru) | 2019-12-04 |
Family
ID=68834468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019119956U RU194241U1 (ru) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU194241U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1040379A1 (ru) * | 1982-04-16 | 1983-09-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Устройство дл испытани образцов керамических материалов на изгиб |
| SU1385009A1 (ru) * | 1986-10-02 | 1988-03-30 | Отделение Института химической физики АН СССР | Устройство дл механических испытаний |
| RU2515351C1 (ru) * | 2012-11-22 | 2014-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве |
| RU2685074C1 (ru) * | 2018-01-29 | 2019-04-16 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Установка для испытания механических свойств диэлектрических материалов при повышенной температуре |
-
2019
- 2019-06-26 RU RU2019119956U patent/RU194241U1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1040379A1 (ru) * | 1982-04-16 | 1983-09-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Устройство дл испытани образцов керамических материалов на изгиб |
| SU1385009A1 (ru) * | 1986-10-02 | 1988-03-30 | Отделение Института химической физики АН СССР | Устройство дл механических испытаний |
| RU2515351C1 (ru) * | 2012-11-22 | 2014-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве |
| RU2685074C1 (ru) * | 2018-01-29 | 2019-04-16 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Установка для испытания механических свойств диэлектрических материалов при повышенной температуре |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102944466B (zh) | 用于超高温氧化环境下的力学性能测试装置和方法 | |
| Quinney et al. | The emission of the latent energy due to previous cold working when a metal is heated | |
| CN103499603B (zh) | 非接触式高温热物理性能参数测量装置及方法 | |
| CN202024941U (zh) | 微波场中物料失重在线监测装置 | |
| US11460386B2 (en) | Heating apparatus for material testing machine | |
| RU2515351C1 (ru) | Установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве | |
| RU194241U1 (ru) | Устройство для определения механических характеристик керамических материалов при высоких температурах | |
| CN115326873A (zh) | 基于dbd放电装置的圆管表面自然对流换热系数测试分析评价方法 | |
| JPH03225268A (ja) | 直接加熱型熱量測定装置 | |
| CN113395796A (zh) | 一种用于中子散射测量的闭腔磁感应加热装置及其应用 | |
| CN106124559A (zh) | 抗氧化涂层在500～1500℃区间的抗氧化性能测试装置 | |
| Sasaki et al. | Simultaneous measurements of specific heat and total hemispherical emissivity of chromel and alumel by a transient calorimetric technique | |
| CN110475394B (zh) | 一种应用于真空设备中的加热装置 | |
| CN106525564A (zh) | 热冲击‑力耦合加载与测试系统 | |
| CN216208719U (zh) | 一种热处理模拟实验装置 | |
| CN215337708U (zh) | 一种闭腔磁感应加热炉 | |
| Beck et al. | Temperature measurement and control methods in TMF testing–a comparison and evaluation | |
| CN106018153A (zh) | 抗氧化涂层在-160℃～室温区间的抗氧化性能测试装置 | |
| CN1175266C (zh) | 一种高温腐蚀介质致密加热方法 | |
| Baroody et al. | Effect of shape on thermal fracture | |
| CN101183060A (zh) | 一种测定非金属材料扭矩的设备 | |
| Vader et al. | Design and testing of a high‐temperature emissometer for porous and particulate dielectrics | |
| RU2749410C2 (ru) | Датчик для измерения температуры в среде расплавленного металла | |
| Gopkalo et al. | Procedure of experimental investigation into the cyclic crack growth resistance of materials under nonisothermal conditions | |
| CN111781227B (zh) | 一种涂层高温抗氧化性能检测装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200107 |
|
| NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20210820 |