一種可用于高真空超高溫環(huán)境的多維可調(diào)諧承載裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種承載裝置，尤其涉及一種可用于高真空超高溫環(huán)境的多維可調(diào)諧承載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器所面臨的嚴(yán)峻的氣動熱環(huán)境對防熱材料高溫力學(xué)性能提出了極大挑戰(zhàn)。由于材料在線服役測試的成本非常高，對防熱材料的表征與評價需要一系列的地面模擬測試。高溫材料的催化、氧化特性的研究，需要在高真空、高溫的實驗條件下進行，因此需要一種可用于高真空超高溫環(huán)境的承載裝置以承載試樣。特殊的實驗條件要求承載裝置能夠承受至少1800°c的高溫，同時需要具有較低的導(dǎo)熱特性以維持試樣溫度。在如此高溫下要求承載裝置具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，防止其反應(yīng)產(chǎn)物對實驗環(huán)境的污染。傳統(tǒng)的樣品臺不能滿足如此苛刻的條件，而且存在內(nèi)部熱應(yīng)力過大導(dǎo)致樣品臺在試驗過程中易碎裂、不可重復(fù)使用等缺點。且更為重要的是，傳統(tǒng)的樣品臺不能隨意改變試樣在實驗時的角度，在實驗多樣性和靈活性方面存在明顯不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實施例提供了一種用于高溫動密封結(jié)構(gòu)性能測試的地面模擬試驗方法及裝置，能有效模擬高溫動密封結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境，試驗效率高、成本低。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種可用于高真空超高溫環(huán)境的三維可調(diào)諧承載裝置，包括:
[0005]真空腔1，所述真空腔I位于操作平臺7上；
[0006]耐高溫托架2，所述耐高溫托架2上端直接與試樣接觸，所述耐高溫托架2下端置于水冷臺凹槽中；
[0007]水冷臺3，所述水冷臺3置于XY向移動平臺4凹槽內(nèi)，再整體固定于連接法蘭5上;
[0008]移動控制系統(tǒng)，所述移動控制系統(tǒng)可用于控制試樣的XY向和Z向移動。
[0009]優(yōu)選地，所述耐高溫托架2為一體結(jié)構(gòu)，由多個支撐腳21和托架主體結(jié)構(gòu)22組成。
[0010]優(yōu)選地，所述支撐腳21為變截面結(jié)構(gòu)，上部截面小，下部截面大。
[0011]優(yōu)選地，所述耐高溫托架具有4個支撐腳。
[0012]優(yōu)選地，所述耐高溫托架2由氧化鋯陶瓷制備。
[0013]優(yōu)選地，所述移動控制系統(tǒng)包括支撐桿15，所述支撐桿15支撐連接法蘭5、XY向移動平臺4、水冷臺3和耐高溫托架2懸空于真空腔I內(nèi)；
[0014]所述支撐桿15為中空結(jié)構(gòu)，x、y向移動平臺控制電纜10和冷卻水管道16穿過該中空結(jié)構(gòu)；
[0015]所述移動控制系統(tǒng)還包括波紋管13和密封法蘭14，用于配合支撐桿15完成密封；
[0016]所述法蘭密封14通過Z軸絲桿8與驅(qū)動電機6連接，用于實現(xiàn)Z向調(diào)諧功能；
[0017]所述X、y向移動平臺控制電纜10和z向移動平臺控制電纜9連接到集成控制器11上，實現(xiàn)三維可調(diào)諧功能。
[0018]優(yōu)選地，所述移動控制系統(tǒng)還包括R弧度平臺和T旋轉(zhuǎn)平臺。
[0019]優(yōu)選地，所述水冷臺3采用中空水冷結(jié)構(gòu)并通過冷卻水管道16與外部冷卻循環(huán)水相連。
[0020]優(yōu)選地，所述耐高溫托架2的托架主體結(jié)構(gòu)置于水冷臺凹槽內(nèi)后形成間隙，所述間隙為0.5_2mm。
[0021]優(yōu)選地，所述耐高溫托架2通過不銹鋼卡套接頭12與XY向移動平臺4上卡套接口相連。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種可用于高真空超高溫環(huán)境的三維可調(diào)諧承載裝置的使用方法，包括如下步驟:
[0023]步驟A，調(diào)整試樣使試樣軸心與耐高溫托架中心孔在同一軸線上；
[0024]步驟B，調(diào)整移動控制系統(tǒng)，使試樣處于需要的加熱位置；
[0025]步驟C，抽真空使得真空壓力為10 3Pa至10Pa，通電加熱源將試樣加熱到1400°C至 1800。。。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0027]本發(fā)明能夠應(yīng)用于高真空、高溫實驗環(huán)境，并在高溫下保持承載性能；可以應(yīng)用于如電磁感應(yīng)加熱、電阻加熱等多種加熱方式；采用了具有中空水冷結(jié)構(gòu)的水冷臺，因此具有很好的隔熱效果；整體采用組合式結(jié)構(gòu)，降低加工難度，并且在分體受損后可以單獨更換，有效降低使用成本；更為重要的是，本發(fā)明能夠在高溫、真空環(huán)境下保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不會發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生污染實驗環(huán)境的產(chǎn)物。
[0028]本發(fā)明還具有如下技術(shù)指標(biāo):
[0029]承載最高溫度達到1800°C ；
[0030]位移精度0.1mm ；
[0031]隔熱性能優(yōu)良，腔內(nèi)x，y 二維位移臺最高溫度不超過40°C ;
[0032]密封性能良好，可用于超高真空環(huán)境，最高可達10 3Pa0
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明提供的一種可用于高真空超高溫環(huán)境的三維可調(diào)諧承載裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明耐高溫托架與水冷臺組合示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明提供的一種可用于高真空超高溫環(huán)境的六維可調(diào)諧承載裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0036]圖4為耐高溫托架正視圖與剖視圖。
[0037]其中，真空腔1、耐高溫托架2、水冷臺3、xy向移動平臺4、連接法蘭5、z向驅(qū)動電機6、操作平臺7、z軸絲桿8、z向移動平臺控制電纜9、X、y向移動平臺控制電纜10、集成控制器11、卡套接頭12、波紋管13、法蘭密封14、支撐桿15、冷卻水管道16、支撐腳21、托架主體結(jié)構(gòu)22、R弧度平臺31、T旋轉(zhuǎn)平臺32。
【具體實施方式】
[0038]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。
[0039]本發(fā)明裝置可以用于溫度1800°C以內(nèi)的高真空環(huán)境，并具有適應(yīng)多種加熱方式、高隔熱效率、化學(xué)性能穩(wěn)定和多維可調(diào)諧等特點。
[0040]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案。本發(fā)明中，可用于高真空超高溫環(huán)境的三維可調(diào)諧承載裝置采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，包括:真空腔1，所述真空腔I位于操作平臺7上；耐高溫托架2，所述耐高溫托架2上端直接與試樣接觸，所述耐高溫托架2下端置于水冷臺凹槽中；水冷臺3，所述水冷臺3置于XY向移動平臺4凹槽內(nèi)，再整體固定于連接法蘭5上；移動控制系統(tǒng)，所述移動控制系統(tǒng)可用于控制試樣的XY向和Z向移動。
[0041]所述耐高溫托架2為一體結(jié)構(gòu)，由多個支撐腳21和托架主體結(jié)構(gòu)22組成。
[0042]所述支撐腳21為變截面結(jié)構(gòu)，上部截面小，下部截面大。
[0043]所述耐高溫托架具有4個支撐腳。
[0044]所述耐高溫托架2由氧化鋯陶瓷制備。
[0045]所述移動控制系統(tǒng)包括支撐桿15，所述支撐桿15支撐連接法蘭5、XY向移動平臺4、水冷臺3和耐高溫托架2懸空于真空腔I內(nèi)；
[0046]所述支撐桿15為中空結(jié)構(gòu)，x、y向移動平臺控制電纜10和冷卻水管道16穿過該中空結(jié)構(gòu)；
[0047]所述移動控制系統(tǒng)還包括波紋管13和密封法蘭14，用于配合支撐桿15完成密封；
[0048]所述法蘭密封14通過Z軸絲桿8與驅(qū)動電機6連接，用于實現(xiàn)Z向調(diào)諧功能；
[0049]所述X、y向移動平臺控制電纜10和z向移動平臺控制電纜9連接到集成控制器11上，實現(xiàn)三維可調(diào)諧功能。
[0050]所述水冷臺3采用中空水冷結(jié)構(gòu)并通過冷卻水管道16與外部冷卻循環(huán)水相連。
[0051]所述耐高溫托架2的托架主體結(jié)構(gòu)置于水冷臺凹槽內(nèi)后形成間隙，所述間隙為0.5_2mm0
[0052]所述耐高溫托架2通過不銹鋼卡套接頭12與XY向移動平臺4上卡套接口相連。
[0053]所述耐高溫托架2上端支撐腳21直接與試樣接觸，下端托架主體結(jié)構(gòu)22置于水冷臺3凹槽中。托架主體結(jié)構(gòu)為薄壁圓管結(jié)構(gòu)，在耐高溫托架2上部高熱載區(qū)域，將圓管結(jié)構(gòu)分割，形成變截面支撐腳21，以降低結(jié)構(gòu)向下熱傳導(dǎo)，并釋放結(jié)構(gòu)變形約束，降低熱應(yīng)力。所述水冷臺3采用中空水冷結(jié)構(gòu)，置于xy雙向移動臺的凹槽內(nèi)，通過不銹鋼卡套接頭與xy向移動平臺上卡套接口相連，xy向移動平臺內(nèi)置密封冷卻循環(huán)水道，水冷臺中冷卻水經(jīng)xy向位移平臺與外部冷卻循環(huán)水相連，以保持在較低溫度。所述三維可調(diào)諧移動臺由集成控制器控制驅(qū)動電機驅(qū)動x、y向移動和z向移動臺。整個承載裝置通過法蘭與波紋管進行真空密封。
[0054]優(yōu)選地，經(jīng)過計算分析，考慮其熱傳導(dǎo)及試樣托架強度因素，并考慮其工藝性，