專利名稱：測(cè)應(yīng)固體材料機(jī)械物理性能的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種測(cè)量裝置，具體說是一種測(cè)量固體材料機(jī)械物理性能的裝置。
通常在對(duì)固體材料的機(jī)械物理性能的研究中，需要一種測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量固體材料的彈性模量、切變模量、泊松比、熔點(diǎn)和熱差?！?а-ВодскаяЛаборатория》1977年No1中公開了一種“測(cè)量材料彈性和導(dǎo)溫系數(shù)的高溫超聲裝置”，這種裝置可用來(lái)測(cè)量材料的彈性模量、泊松比和導(dǎo)溫系數(shù)，但沒有測(cè)量材料熔點(diǎn)或熱差的部件，不能用于測(cè)量材料的熔點(diǎn)或熱差;同時(shí)該裝置還存在以下缺陷1.爐體采用中間半開式的，在安裝測(cè)試樣品時(shí)，需吊起上半部爐體、取掉周圍的輻射屏和發(fā)熱體，操作笨重、復(fù)雜;2.測(cè)試樣品由兩根聲導(dǎo)管和一根熱電偶構(gòu)成三點(diǎn)式支承，僅局限用于圓片狀樣品，而固定樣品的鎢絲彈簧的壓力對(duì)共振頻率的影響會(huì)造成測(cè)量誤差;3.換能器靈敏度低，測(cè)量時(shí)上限溫度只能達(dá)到2100K，不能滿足核材料從室溫至2273K的測(cè)量要求;4.該裝置沒有通氣管道和爐內(nèi)氣壓測(cè)量裝置，只能適用于在真空條件下測(cè)量，不能適用于某些材料需在通入保護(hù)性氣體條件下測(cè)量。
本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量固體材料機(jī)械物理性能的裝置，既可單獨(dú)測(cè)量固體材料的彈性模量、切變模量、泊松比、熔點(diǎn)或熱差，又能同時(shí)測(cè)量這些機(jī)械和物理性能。而且操作輕便、簡(jiǎn)單、用途廣泛、測(cè)量精度高、安全可靠。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的測(cè)量固體材料機(jī)械物理性能的裝置包括爐殼體、爐內(nèi)的熱電偶、聲導(dǎo)桿、連接在聲導(dǎo)桿下端的換能器、發(fā)熱體、輻射屏、與爐殼體連通的進(jìn)、出水管。爐殼體采用前開門式的，爐殼體的正面設(shè)有與爐殼體連接可開啟的爐門;輻射屏至少有兩層，每層輻射屏由兩個(gè)形狀相同的半圓管和上、下圓片組成，其中一個(gè)半圓管固定在爐門上，另一個(gè)半圓管固定在爐殼體的內(nèi)壁，上、下圓片分別固定在爐殼體內(nèi)壁上，位于輻射屏內(nèi)的發(fā)熱體呈圓筒狀，由兩個(gè)形狀相同、用鎢片制成的半圓管對(duì)合而成，對(duì)合處留有間隙，其中一個(gè)半圓管發(fā)熱體與爐門和輻射屏的一個(gè)半圓管固定連接，并與爐門上的一組電極相連，另一半圓管發(fā)熱體與另一個(gè)輻射屏半圓管固定連接，并與爐門上的另一組電極相連;兩根聲導(dǎo)桿的頂端呈Y形，構(gòu)成試樣的四點(diǎn)支承方式;換能器采用P(ZT)-S壓電陶瓷制成的;發(fā)熱體內(nèi)設(shè)有陶瓷坩堝，陶瓷坩堝通過其底部的支承桿支承在輻射屏內(nèi)層的下圓片上，爐殼體的頂部設(shè)波紋管，熱電偶固定在波紋管的下端。
本發(fā)明所提供的裝置中發(fā)熱體內(nèi)增設(shè)了測(cè)量固體材料熔點(diǎn)或熱差的部件～陶瓷坩堝，所以，本裝置不但可以用來(lái)測(cè)量固體材料的彈性模量、切變模量、泊松比，而且可以用來(lái)測(cè)量固體材料的熔點(diǎn)、熱差。實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)裝置上，在一次升溫過程中同時(shí)測(cè)量固體材料的機(jī)械性能和物理性能。同時(shí)，在本發(fā)明所提供的測(cè)量裝置中，采用前開門式，而且輻射屏和發(fā)熱體的一半固定在爐門上，拉開爐門就帶出一半輻射屏和發(fā)熱體，即可安放試樣，操作輕便、簡(jiǎn)單;試樣由聲導(dǎo)桿頂端四點(diǎn)支承，增加試樣支承的穩(wěn)定性，除了可用于測(cè)量圓片試樣外，還可以用于測(cè)量矩形板試樣;取消了固定試樣的鎢絲彈簧，消除了彈簧壓力對(duì)共振頻步的影響，提高了測(cè)量的精度;采用P(ZT)-3壓電陶瓷材料制成的換能器，提高了測(cè)量溫度的上限。
本發(fā)明具有下列附圖

圖1是測(cè)量固體材料機(jī)械物理性能的裝置示意圖;
圖2是本發(fā)明裝置的測(cè)量固體材料熱差的構(gòu)件示意圖;
圖3是本發(fā)明裝置的測(cè)量固體材料熔點(diǎn)的構(gòu)件示意圖;
圖4是本發(fā)明裝置的水壓報(bào)警系統(tǒng)示意圖;
圖5是利用本發(fā)明裝置測(cè)量純鋁熔點(diǎn)的曲線圖;(圖中τ為時(shí)間，t為溫度)圖6是利用本發(fā)明裝置測(cè)量銅的熔點(diǎn)的曲線圖;(圖中τ為時(shí)間，t為溫度)圖7是利用本發(fā)明裝置測(cè)量鋼的熱差的曲線圖;(圖中τ為時(shí)間，△t為熱差)圖8是利用本發(fā)明裝置測(cè)量鋯-4彈性模量的曲線圖;(圖中T(K)為溫度，E(GPa)為彈性模量)
圖9是利用本發(fā)明裝置測(cè)量金屬鈾彈性模量的曲線圖;(圖中T(K)為溫度，E(GPa)為彈性模量)圖10是利用本發(fā)明裝置測(cè)量金屬鈾泊松比的曲線圖;(圖中T(K)為溫度，μ為泊松比)圖11是利用本發(fā)明裝置測(cè)量二氧化鈾彈性模量的曲線圖。(圖中T(K)為溫度，E為彈性模量)現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述測(cè)量固定材料機(jī)械物理性能的裝置由爐殼體19、爐內(nèi)的熱電偶9和10、聲導(dǎo)桿1和2、連接在聲導(dǎo)桿1和2下端的換能器17和18、發(fā)熱體4、輻射屏5、與爐殼體19連通的進(jìn)水管22、24和26、出水管21、23和25構(gòu)成，爐殼體19采用前開門式的，爐殼體19的正面設(shè)有與其連接的爐門3;設(shè)四層輻射屏5，每層輻射屏5由兩個(gè)形狀相同的半圓管和上、下圓片組成，其中一個(gè)半圓管固定在爐門3上，另一個(gè)半圓管固定在爐殼體19的內(nèi)壁上，上、下圓片分別固定在爐殼體19的內(nèi)壁上，最內(nèi)層輻射屏由鎢片制成，其余三層由鉬片制成;位于輻射屏5內(nèi)的發(fā)熱體4呈圓筒狀，由兩個(gè)形狀相同、用鎢片制成的半圓管對(duì)合而成，對(duì)合處留有間隙，以增大電阻，有利于升溫，其中一個(gè)半圓管發(fā)熱體4與爐門3和輻射屏5的一個(gè)半圓管固定連接，并與爐門3上的一組電極27相連，另一個(gè)半圓管發(fā)熱體4與輻射屏5的另一個(gè)半圓管連接，并與爐門3上的另一組電極27相連;兩根聲導(dǎo)桿1和2的頂端呈Y形，構(gòu)成試樣的四點(diǎn)支承方式，以提高試樣15支承的穩(wěn)定性，可用于測(cè)量圓片狀或矩形板試樣;換能器17和18采用P(ZT)-s壓電陶瓷制成的，以提高測(cè)量溫度的上限;發(fā)熱體4內(nèi)部設(shè)有陶瓷坩堝13，陶瓷坩堝13通過其底部的兩根支承桿12支承在最內(nèi)層輻射屏的下圓片11上，兩根支承桿12所在平面與兩根聲導(dǎo)桿1和2所在平面互相垂直，便于安裝陶瓷坩堝13;爐殼體19的頂部設(shè)有波紋管8，熱電偶9和10固定在波紋管8的下端;在本實(shí)施例中，爐門3上設(shè)有一根帶閥門20的通氣管6，爐殼體19的側(cè)面設(shè)有與爐殼體19內(nèi)腔相通的抽氣管16，爐殼體19頂部設(shè)有測(cè)量爐內(nèi)氣壓的壓力傳感器7，關(guān)閉閥門20，由抽氣管16將爐內(nèi)空氣抽出，使裝置在真空條件下測(cè)量，真空度達(dá)3×10-3Pa。關(guān)閉抽氣管16，由通氣管6可送入保護(hù)性氣體，使裝置在充有保護(hù)性氣體條件下測(cè)量，滿足某些材料的特殊測(cè)量要求。為了防止突然停水，在高溫下燒壞裝置，在爐殼體19的背部設(shè)有由總進(jìn)水管32、水槽33、連接管34、水壓表35、報(bào)警器36與進(jìn)水管22、24和26組成的水壓報(bào)警系統(tǒng)，總進(jìn)水管32一端經(jīng)水槽33與進(jìn)水管22、24、26連通，總進(jìn)水管32經(jīng)連接管34與水壓表35旁通，報(bào)警器36與水壓表35相連。冷卻水由總進(jìn)水管32流入水槽33，再由進(jìn)水管22、24和26分別流入爐門3、爐殼體19下部用螺栓連接的圓柱腔，以及爐殼體19的內(nèi)外層中間，當(dāng)冷卻水在總進(jìn)水管32中的壓力小于0.1公斤/厘米或停水時(shí)，就自動(dòng)接通水壓表35與報(bào)警器36的電路，由報(bào)警器36發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
利用本發(fā)明所提供的裝置和與裝置連接的公知測(cè)量?jī)x表，可以單獨(dú)測(cè)量固體材料，如鋯-4、金屬鈾、二氧化鈾的機(jī)械性能～彈性模量、切變模量、泊松比，(見圖8至圖11所示)，也可以單獨(dú)測(cè)量固體材料物理性能，如鋼的熱差(見圖7所示)，純鋁、銅的熔點(diǎn)(見圖5，圖6所示)。
同時(shí)，還可以在一次升溫過程中同時(shí)測(cè)量一種材料的機(jī)械性能如彈性模量、切變模量或泊松比和另一種材料的物理性能，如熔點(diǎn)或熱差。
測(cè)量固體材料彈性模量和熔點(diǎn)時(shí)，將兩個(gè)試樣15分別置于聲導(dǎo)桿17、18的頂端和陶瓷坩堝13內(nèi)，熱電偶9測(cè)量發(fā)熱體4芯部的溫度，熱電偶10測(cè)量熔點(diǎn)溫度，將電訊號(hào)通過換能器17(或18)，變成振動(dòng)訊號(hào)，經(jīng)接受振動(dòng)訊號(hào)的聲導(dǎo)桿1(或2)傳遞給其頂端的試樣15，當(dāng)試樣15產(chǎn)生共振時(shí)，其共振頻率由另一根聲導(dǎo)桿2(或1)傳給換能器18(或17)轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)輸入測(cè)量?jī)x表，測(cè)出試樣15的共振頻率利用下列公式，即可算出彈性模量。
E＝ρd2f2/K2式中，ρ是試樣15的密度;d是試樣15的直徑，f是試樣的共振頻率，K是相應(yīng)參數(shù)。
繼續(xù)升溫時(shí)，爐內(nèi)溫度達(dá)到陶瓷坩堝13里的試樣熔化溫度時(shí)，利用波紋管8將熱電偶10提出熔化材料的液面，以免降溫后熱電偶10被凝固在試樣15中，利用熱電偶10和與裝置相連的測(cè)量?jī)x表可以測(cè)出該試樣15的熔點(diǎn)。
同樣可以測(cè)量固體材料的切變模量、泊松比及熔點(diǎn)或熱差。當(dāng)測(cè)量固體材料熱差時(shí)，將熱電偶10換成示差熱電偶28，在陶瓷坩堝13中裝入標(biāo)準(zhǔn)樣品29和測(cè)試樣品30，它們中間用一絕緣片31隔開，在升溫過程中，利用示差熱電偶28和與裝置相連的測(cè)量?jī)x表即可測(cè)出測(cè)試樣品30和標(biāo)準(zhǔn)樣品29的熱差。
本發(fā)明所提供的測(cè)量裝置，測(cè)量溫度范圍為293K至2273K，對(duì)于直徑為20mm、厚為1～4mm的圓片試樣，測(cè)量誤差對(duì)于彈性模量≤2%，泊松比≤3%，熔點(diǎn)≤2℃，熱差≤±2℃，對(duì)于長(zhǎng)為24～26mm，寬為3.2～6mm的矩形靶試樣，測(cè)量彈性模量誤差≤1.5%。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量固體材料機(jī)械物理性能的裝置包括爐殼體19、爐內(nèi)的熱電偶9、10或28，聲導(dǎo)桿1和2、連接在聲導(dǎo)桿1和2下端的換能器17和18、發(fā)熱體4、輻射屏5以及與爐殼體19連通的進(jìn)水管22、24、26、出水管21、23和25，其特征在于爐殼體19的正面設(shè)有與其連接可開啟的爐門3、輻射屏5至少設(shè)兩層，每層輻射屏5由兩個(gè)形狀相同的半圓管和上、下圓片組成，其中一個(gè)半圓管固定在爐門3上，另一個(gè)半圓管和上、下圓片分別固定在爐殼體19內(nèi)壁上，位于輻射屏5內(nèi)的發(fā)熱體呈圓筒狀，由兩個(gè)形狀相同，用鎢片材料制成的半圓管對(duì)合而成，對(duì)合處留有間隙，其中一個(gè)半圓管發(fā)熱體4與輻射屏5的一個(gè)半圓管和爐門3固定連接，并與爐門3上的一組電極27相連，另一個(gè)半圓管發(fā)熱體4與另一個(gè)輻射屏5半圓管固定連接，并與爐門3上的另一組電極27相連，兩根聲導(dǎo)桿1和2的頂端呈Y形，構(gòu)成試樣的四點(diǎn)支承方式，換能器17和18采用P(ZT)-S壓電陶瓷材料制成，發(fā)熱體4內(nèi)設(shè)有陶瓷坩堝13，陶瓷坩堝13通過其底部的支承桿12支承在輻射屏5內(nèi)層的下圓片11上，爐殼體19的頂部設(shè)有波紋管8，熱電偶9、10或28固定在波紋管8的下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的測(cè)量固體材料機(jī)械物理性能的裝置，其特征在于爐門3上設(shè)有一根帶閥門20的通氣管6，爐殼體19的側(cè)面設(shè)有與爐殼體19內(nèi)腔相通的抽氣管16，爐殼體19頂部設(shè)有壓力傳感器7，在爐殼體19背部設(shè)有由總進(jìn)水管32、水槽33、連接管34、水壓表35、報(bào)警器36與進(jìn)水管22、24、26組成的水壓報(bào)警系統(tǒng)，總進(jìn)水管32一端經(jīng)水槽33與進(jìn)水管22、24、26連通，總進(jìn)水管32經(jīng)連接管34與水壓表35旁通，報(bào)警器36與水壓表35相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量固體材料機(jī)械物理性能的裝置，其特征是爐殼體正面設(shè)有可開啟的爐門，圓筒狀的輻射屏和發(fā)熱體的一半固定在爐門上，聲導(dǎo)桿頂端呈Y形，換能器采用P(ZT)-S壓電陶瓷材料，熱電偶固定在設(shè)在爐殼體頂部的波紋管的下端，發(fā)熱體內(nèi)設(shè)有陶瓷坩堝，該裝置還設(shè)有充、抽氣管道和壓力傳感器及水壓報(bào)警系統(tǒng)。在293K～2273K溫度范圍內(nèi)可同時(shí)測(cè)量材料的彈性模量，切變模量或泊松比及熔點(diǎn)或熱差。
文檔編號(hào)G01N29/00GK1038882SQ8810356
公開日1990年1月17日 申請(qǐng)日期1988年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月18日
發(fā)明者高占武 申請(qǐng)人:核工業(yè)部第一研究設(shè)計(jì)院第四研究所