小型超高溫力學(xué)性能測試裝置制造方法
【專利摘要】一種小型超高溫力學(xué)性能測試裝置，包括電極組（1）、主固定支座（2）、副固定支座（3）、滑動支座（4）、加載滑動軸（5）、上底板（6）和下底板（7），加載滑動軸（5）依次連接主固定支座（2）、滑動支座（4）和副固定支座（3），主固定支座（2）和副固定支座（3）固定在底板兩端，滑動支座（4）位于中間，可自由滑動，電極組（1）通過電極固定軸（11）固定在主固定支座（2）和滑動支座（4）上，通過預(yù)緊螺絲夾緊，驅(qū)動接頭（10）固定在滑動支座（4）上，驅(qū)動滑動支座（4）實現(xiàn)加載。本發(fā)明將電加熱引入超高溫陶瓷材料的力學(xué)測試中，對試件直接通電加熱達到超高溫度，裝置體型小巧，實施成本低廉，便于實驗室應(yīng)用。
【專利說明】小型超高溫力學(xué)性能測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超高溫陶瓷材料力學(xué)性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種針對超高溫陶瓷材料的單軸拉壓力學(xué)性能測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超高溫陶瓷材料具有極高的熔點、高的熱導(dǎo)率、抗腐蝕等優(yōu)良的理化性質(zhì)，應(yīng)用于高速飛行器的燃料噴管，近空間飛行器和洲際導(dǎo)彈的熱防護等系統(tǒng)中以保障它們在極端環(huán)境下服役的安全性，因而具有很高的研究價值。在實驗研究方面，開展針對超高溫度影響的測試方法與技術(shù)的研究對全面和完整地研究超高溫陶瓷材料的超高溫力學(xué)性能、壽命和可靠性，揭示其服役過程中材料成分、熱力環(huán)境和約束條件等因素的影響具有重要的意義和價值。進而可為超高溫陶瓷材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)最佳約束方式的選取，可能的安全使用措施的制定，服役過程中可靠性的提高等方面提供依據(jù)及指導(dǎo)。
[0003]由于測試條件的限制，超高溫條件下力學(xué)性能的測試十分困難，實驗溫度遠未達到實際應(yīng)用過程中材料所要求承受的極端溫度。開展超高溫度下材料力學(xué)性能的測試方法與技術(shù)的研究是深刻認識、表征和評價極端條件下材料特性，最大限度地發(fā)揮材料潛力和開發(fā)適合在極端條件下服役的新材料的必要手段。當(dāng)前，材料超高溫力學(xué)性能測試手段很難滿足科學(xué)研究的需求，國內(nèi)自主研發(fā)的材料高溫或超高溫力學(xué)性能測試裝置的工作溫度一般不超過2200°C，工作溫度能達到2200°C以上的材料超高溫力學(xué)性能測試系統(tǒng)幾近空白。目前國內(nèi)的高溫或超高溫力學(xué)性能測試系統(tǒng)多采用大型的高溫爐加熱，一般進行三點或四點彎曲試驗，該方法主要有以下缺點:(1)加熱溫度達到2200°C以上十分困難；(2)實驗周期長，能源消耗嚴重；(3)實驗過程對爐體損害嚴重；(4)夾具耐高溫性能要求高，制造困難,成本高,壽命低；(5)冷卻系統(tǒng)要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為克服上述【背景技術(shù)】的缺點，而提供一種針對超高溫陶瓷材料的單軸拉壓力學(xué)性能測試裝置。
[0005]本發(fā)明所涉及的小型超高溫力學(xué)性能測試裝置，包括電極組、主固定支座、副固定支座、滑動支座、加載滑動軸、上底板和下底板，其中，電極組集成了導(dǎo)電、夾持和冷卻的作用，電極組包括四塊完全相同的電極，四塊電極分為兩對，分別通過過渡墊片與片狀超高溫陶瓷試件的兩個夾持端緊密接觸，過渡墊片選用耐高溫的導(dǎo)電材質(zhì)制得，起到保護電極的作用，其中一對電極通過主固定支座固定，另一對電極通過滑動支座固定，固定方式相同，即利用電極固定軸穿過支座和電極上對應(yīng)的裝配孔，電極固定軸選取四根，每根固定軸兩端套有陶瓷軸套，電極固定軸和陶瓷軸套一起裝配入主固定支座和滑動支座中，以保證電極與支座間絕緣；主固定支座呈方形或長方形的對稱框型結(jié)構(gòu)，四角開有固定加載滑動軸的固定軸孔，其大小與加載滑動軸相匹配，四根加載滑動軸保證加載的穩(wěn)定性，電極位于主固定支座框型結(jié)構(gòu)的中空部位，通過旋動在支座兩端的預(yù)緊螺絲施加預(yù)緊力達到固定效果，電極的試件夾持端突出于框型支座之外，提供觀察試件更好的視野，同時有利與散熱，主固定支座側(cè)面開有軸套通孔，軸套通孔的大小保證與電極固定軸兩端的陶瓷軸套相匹配，主固定支座側(cè)面還開有一個與陶瓷塞柱相匹配的塞柱通孔，陶瓷塞柱作為過渡構(gòu)件，位于塞柱通孔內(nèi)部，在預(yù)緊螺絲和電極之間起到絕緣和傳遞預(yù)緊力的作用，主固定支座側(cè)面還開有兩個安裝夾塊固定螺絲的螺紋孔，夾塊作為緊固構(gòu)件固定于主固定支座側(cè)面，夾塊上開有裝配預(yù)緊螺絲的螺紋通孔，夾塊起到約束電極固定軸的軸向自由度和保證預(yù)緊螺絲裝配的作用，預(yù)緊螺絲起到調(diào)節(jié)電極對于試件的夾緊程度的作用，另外，主固定支座的側(cè)面和上下底面還開有若干其它通孔和螺紋孔，起到引出導(dǎo)電線和安裝支座固定螺絲等作用，主固定支座的中間部分開有凹槽，提供布置冷卻水通路的空間，同時減少對電極的包裹有助于散熱，主固定支座及其附屬構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)整體上左右對稱；滑動支座及其附屬構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)與主固定支座及其附屬構(gòu)件除兩點不同之外，其余部分完全相同，不同點在于，滑動支座與加載滑動軸之間裝配有直線軸承，四角的裝配孔大小與相應(yīng)的直線軸承相匹配，另外，滑動支座背部的中間部位安裝有加載觸動接頭；副固定支座長度和高度與主固定支座完全相同，厚度保持相同也可適當(dāng)減小，四角開有大小與加載滑動軸相匹配的固定軸孔，沒有附屬構(gòu)件及對應(yīng)的各種裝配孔；整體上，四根加載滑動軸依次連接主固定支座、滑動支座和副固定支座，主固定支座、副固定支座分別固定在上底板和下底板的兩端，滑動支座位于主固定支座和副固定支座之間，上下底板中部的銑底下沉部分提供滑動支座自由滑動的空間。
[0006]本發(fā)明利用一般的超高溫陶瓷材料，如ZrB2, HfB2等，具備優(yōu)良的導(dǎo)電性這一性質(zhì)，將電阻加熱原理引入超高溫陶瓷材料的力學(xué)測試中，對實驗試件直接通電加熱達到超高溫度。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)高溫爐加熱方法無法或很難達到超高溫度，實驗周期長，能源消耗嚴重，對夾具和冷卻系統(tǒng)要求高，設(shè)備壽命低等一系列缺點。與之相比，本發(fā)明有如下優(yōu)
占-
^ \\\.[0007](I)利用本發(fā)明能夠進行超高溫度環(huán)境下，尤其是2200°C以上極端溫度環(huán)境下的拉壓力學(xué)性能測試；
[0008](2)利用本發(fā)明對實驗試件進行加熱，試件能夠快速升溫達到超高溫度，且在理論上沒有溫度上限，能加熱到材料熔點；
[0009](3)本發(fā)明為小型測試裝置，實驗設(shè)備能源消耗少，一般的電源即可保證設(shè)備正常工作；
[0010](4)利用本發(fā)明進行實驗，整個實驗過程可以控制在較短的時間之內(nèi)，幾分鐘即可完成升溫過程，實驗周期短，效率高；
[0011](5)本發(fā)明在實驗過程中對設(shè)備保護程度較好，實驗過程對電極、支座等部件基本無損害。
[0012](6)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體型小巧，實施成本低廉，便于實驗室應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明所述裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明所述裝置未裝配上底板時的俯視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明所述裝置主固定支座及其附屬構(gòu)件示意圖；[0016]上述圖中:1.電極組；2.主固定支座；3.副固定支座；4.滑動支座；5.加載滑動軸；6.下底板；7.上底板；8.壓塊；9.直線軸承；10.驅(qū)動接頭；11.電極固定軸；12.陶瓷軸套；13.陶瓷塞柱。
【具體實施方式】
[0017]下面通過附圖與實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0018]實施例
[0019]本實施例所涉及的一種小型超高溫力學(xué)性能測試裝置如圖1所示，該裝置包括電極組I，主固定支座2，副固定支座3，滑動支座4，加載滑動軸5、上底板6和下底板7，水平方向上，四根加載滑動軸5依次連接主固定支座2、滑動支座4和副固定支座3，主固定支座2和副固定支座3分別固定在上底板6和下底板7的兩端,滑動支座4位于主固定支座2和副固定支座3之間，上底板6和下底板7中部的銑底下沉部分提供滑動支座4自由滑動的空間，加載滑動軸5 —端固定在主固定支座I上的滑動軸孔內(nèi)，另一端固定在副固定支座4上的滑動軸孔內(nèi)，加載滑動軸5與滑動支座3之間裝配有直線軸承9，直線軸承9保證滑動支座3在滑動過程中摩擦力的可控性；電極組I與支座之間的裝配關(guān)系如圖2所示，電極組I包括四塊完全相同的鎢銅材質(zhì)的電極，電極組I集成了導(dǎo)電、夾持和冷卻的作用，四塊電極分為兩對，分別通過很薄的鎢制過渡墊片與片狀超高溫陶瓷試件的兩個夾持端緊密接觸，過渡墊片起到保護電極的作用，其中，一對電極通過主固定支座2固定，另一對電極通過滑動支座4固定，固定方式相同，以主固定支座2為例說明，如圖3所示，一對電極位于主固定支座2的中空部位，四根不銹鋼材質(zhì)的電極固定軸11穿過電極上的裝配孔和主固定支座2上的通孔，約束每塊電極除試件夾緊方向以外的其它方向上的自由度，每根電極固定軸11兩端套有陶瓷軸套12，陶瓷軸套12裝配在主固定支座2側(cè)面的軸套通孔中，陶瓷軸套12起到保證電極與支座間絕緣的作用，主固定支座2兩側(cè)面還各開有一個與陶瓷塞柱13相匹配的塞柱通孔，陶瓷塞柱13作為過渡構(gòu)件，位于塞柱通孔內(nèi)部，在預(yù)緊螺絲和電極之間起到絕緣和傳遞預(yù)緊力的作用，預(yù)緊螺絲起到調(diào)節(jié)電極對于試件的夾緊程度的作用，主固定支座I兩側(cè)面還各開有兩個安裝夾塊固定螺絲的螺紋孔，夾塊8通過螺絲固定于主固定支座I側(cè)面，夾塊8上開有裝配預(yù)緊螺絲的螺紋通孔，夾塊8起到裝配預(yù)緊螺絲和約束電極固定軸11的軸向自由度的作用，另外，主固定支座2的側(cè)面和上下底面還開有若干其它通孔和螺紋孔，起到引出導(dǎo)電線和安裝支座固定螺絲等作用，主固定支座2的中間部分開有凹槽，提供布置冷卻水通路的空間，同時減少對電極的包裹有助于散熱，主固定支座2及其附屬構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)整體上左右對稱；另一對電極與滑動支座4之間的裝配關(guān)系與主固定支座2相同；最后，滑動支座4背部的中間部位安裝有驅(qū)動接頭10，起到加載的作用。
[0020]本發(fā)明使用時，先利用四根加載滑動軸11串聯(lián)主固定支座2、滑動支座4和副固定支座3，滑動支座4置于中間，再將主固定支座2和副固定支座3分別固定在下底板6的兩端，之后將兩對電極分別置于主固定支座2和滑動支座4的中空部位，裝配電極固定軸11約束電極在除夾緊方向以外的其它方向上的自由度，，裝配陶瓷軸套12保證絕緣，再封裝夾塊8 ;在電極與試件與之間墊一層鎢制過渡墊片并調(diào)整試件居中后，旋動主固定支座2和滑動支座4兩側(cè)的預(yù)緊螺絲將電極與試件夾緊，再將驅(qū)動接頭10固定在滑動支座4上，最后裝配上底板7，開啟電源對試件通電加熱，即實現(xiàn)裝置的快速加溫功能，開啟驅(qū)動裝置帶動滑動支座滑動即實現(xiàn)裝置拉伸或壓縮的加載功能。
[0021]具體實施時，電極材質(zhì)優(yōu)先選用鎢銅材質(zhì)，這種材質(zhì)兼具強度高、導(dǎo)電和耐高溫的優(yōu)良性質(zhì)，也可以采用其它具有類似性質(zhì)的材料，例如結(jié)構(gòu)石墨等，屬于等同變換而仍然歸入本發(fā)明保護范圍內(nèi)；具體實施時，優(yōu)先選用四根電極固定軸，電極固定軸的數(shù)量和分布方式也可以根據(jù)具體實驗設(shè)備中電極大小的需要而調(diào)整，應(yīng)屬于等同變換而仍然歸入本發(fā)明保護范圍內(nèi)；具體實施時，為更好地保持加載的穩(wěn)定性，優(yōu)先選用四根加載滑動軸，位于四角，加載滑動軸的數(shù)量和分布方式也可以根據(jù)實驗設(shè)備的具體情況而調(diào)整，屬于等同變換而應(yīng)歸入本發(fā)明保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種小型超高溫力學(xué)性能測試裝置，其特征是:該裝置包括電極組(I)、主固定支座(2)、副固定支座(3)、滑動支座(4)、加載滑動軸(5)、上底板(6)和下底板(7)，其中電極組(1)集成了導(dǎo)電、夾持和冷卻的作用，電極組(I)包括四塊完全相同的電極，四塊電極分為兩對，分別通過鎢制過渡墊片與片狀超高溫陶瓷試件的兩個夾持端緊密接觸，起到保護電極的作用，其中一對電極通過主固定支座(2)固定，另一對電極通過滑動支座(4)固定，固定方式相同，即利用電極固定軸(11)穿過支座和電極上對應(yīng)的裝配孔，電極固定軸(11)為四根，電極固定軸(11)兩端套有陶瓷軸套(12)，電極固定軸(11)和陶瓷軸套(12)—起裝配入主固定支座(2)和滑動支座(4)中，以保證電極與支座間絕緣；主固定支座(2)呈方形或長方形的對稱框型結(jié)構(gòu)，四角開有固定加載滑動軸(5)的固定軸孔，電極位于主固定支座(2)框型結(jié)構(gòu)的中空部位，通過旋動在支座兩端的預(yù)緊螺絲施加預(yù)緊力達到固定效果，電極的試件夾持端突出于框型支座之外，提供觀察試件更好的視野，同時有利于散熱，主固定支座(2)側(cè)面開有軸套通孔，主固定支座(2)側(cè)面還開有一個與陶瓷塞柱(13)相匹配的塞柱通孔，陶瓷塞柱(13)作為過渡構(gòu)件，位于塞柱通孔內(nèi)部，在預(yù)緊螺絲和電極之間起到絕緣和傳遞預(yù)緊力的作用，主固定支座(2)側(cè)面還開有兩個安裝夾塊固定螺絲的螺紋孔，夾塊(8)作為緊固構(gòu)件固定于主固定支座(2)側(cè)面，夾塊(8)上開有裝配預(yù)緊螺絲的螺紋通孔，夾塊(8)起到約束電極固定軸(11)的軸向自由度和保證預(yù)緊螺絲裝配的作用，預(yù)緊螺絲起到調(diào)節(jié)電極對于試件的夾緊程度的作用，另外，主固定支座(2)的側(cè)面和上下底面還開有若干其它通孔和螺紋孔，起到引出導(dǎo)電線和安裝支座固定螺絲等作用，主固定支座(2)的中間部分開有凹槽，提供布置冷卻水通路的空間，同時減少對電極的包裹有助于散熱，主固定支座(2)及其附屬構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)整體上左右對稱；滑動支座(4)及其附屬構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)與主固定支座(2)及其附屬構(gòu)件除兩點不同之外，其余部分完全相同，不同點在于，滑動支座(4)與加載滑動軸(5)之間裝配有直線軸承(9)，四角的裝配孔大小與相應(yīng)的直線軸承(9)相匹配，另外，滑動支座(4)背部的中間部位安裝有加載觸動接頭(10);副固定支座(3)長度和高度與主固定支座(2 )完全相同，厚度適當(dāng)減小，四角開有大小與加載滑動軸(5 )相匹配的固定軸孔，沒有附屬構(gòu)件及對應(yīng)的各種裝配孔；整體上，四根加載滑動軸(5)依次連接主固定支座(2)、滑動支座(4)和副固定支座(3)，主固定支座(2)、副固定支座(3)分別固定在上底板(6)和下底板(7)的兩端,滑動支座(4)位于主固定支座(2)和副固定支座(3)之間，底板中部的銑底下沉部分提供滑動支座(4 )自由滑動的空間。
【文檔編號】G01N3/18GK103575599SQ201310606868
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】周子源, 彭向和, 馬樹明, 魏榛, 楊昌棋 申請人:重慶大學(xué)