用于超高温氧化环境下的力学性能测试装置和方法

摘要

本发明提供了一种在常温到1800度温度范围的超高温氧化气氛下测试高温材料的拉伸、压缩、弯曲、断裂韧性、剪切强度和变形的力学性能测试装置。实验装置由控制电柜、加载夹具、载荷控制与变形传感测量系统、炉体、非接触变形测量系统、显示记录系统等组装而成。该方法是通过加热体实现对炉内氧化环境进行均匀稳定加热和保温，使之能实现室温到1800度的力学性能测试，利用接触传感和非接触测量系统捕获拉伸、压缩、弯曲、剪切的强度和应变等力学性能参量。本发明的最大特点是测试参量多，数据测量精度高，实验的可重复性强。

主权项

一种用于超高温氧化环境下的力学性能测试装置，其特征是，所述装置包括电子万能试验机(5)、炉体(6)、加载仪(7)、发热体(9)、超高温夹具(2)、引伸仪(1)、测温系统(4)、控制电柜(10)和显示分析系统(3)，其中： 电子万能试验机(5)为框板结构的支架，为试验过程中完成加载运动，并为固定的部件提供支撑和操作空间； 炉体(6)安装在电子万能试验机(5)的下支架上，高温试验时通过支架导轨来使其移至电子万能试验机(5)的中心，炉体(6)上留有小孔和水冷装置，炉体(6)直接和控制电柜(10)相连，通过炉体(10)中间排布的多根发热体(9)实现温度的均匀加载； 发热体(9)为超高温陶瓷管，从炉体内小孔穿过，发热体上下端通过串联的导电金属箔和导电金属丝分别连接到炉体的上下端的电极上； 超高温夹具(2)用于固定待测试样，通过差分变压器连接后安装在电子万能试验机(5)框架上或放置在炉体(6)内； 引伸仪(1)通过炉边的小孔插入炉内，与试样的标距段相接触； 测温系统(4)由带陶瓷保护套的B型铂铑热电偶和红外测温仪配合组成，在1600度以下，将热电偶通过炉体的小孔插入炉体内测温；高于1600度后，退出热电偶，启用红外测温仪，通过炉体中心的测温孔对准试样的中心位置来测温； 控制电柜(10)为加热和水冷操作系统，具有温控显示器；通过开关可启动或停止加热和水冷系统，通过温控系统可调节加热速率； 加载仪(7)具有施加拉伸、压缩、弯曲和剪切载荷的基本功能，配合压力传感器形成加载系统； 显示分析系统(3)为计算机系统，其中装载运算式；加载仪(7)与显示分析系统(3)信号线连接，显示分析系统(3)接收加载仪(7)传输的信号依据运算式计算出各测量项的数值并显示结果； 其中，所述发热体的制备方法为： 1)针对梯度陶瓷管的各段成分不同，取不同配方量的粒径为0.8‑2μm的硼化锆、粒径为1.0‑1.5μm的碳化硅和粒径为10‑30μm的石墨为配料，其中，按体积百分比，冷端材料配比：硼化锆40‑75％、碳化硅10‑30％、石墨15‑30％，过渡段材料配比：硼化锆50‑85％、碳化硅10‑30％、石墨5‑20％，热端材料配比：硼化锆70‑90％、碳化硅10‑30％；以酒精为溶剂；放入装有SiC陶瓷球的球磨罐，其中，陶瓷球：配料：酒精的体积 比1：1～1.5：2～4； 2)将球磨罐放在行星球磨机中进行球磨，球磨机的运行速度为150‑250转/分钟，球磨时间为8‑24小时；将混合料在旋转蒸发器中烘干，其中，水浴温度为60‑85度，旋转瓶转速为15‑60转/分，烘干时间为1‑5小时；烘干后的混合粉过30‑100目筛； 3)将过筛后不同梯度层的混合粉依次装入成型模具，每装入一层用压杆预压后再装入下一层，然后进行冷等静压成型，成型压力150‑300MPa，保压时间1‑20分钟，坯体的干燥温度为50‑90度，干燥时间为2‑6小时； 4)在惰性气氛中进行无压烧结，烧结温度为1900‑2100度，保温时间为0.5‑3小时，升温速度和降温速度为10‑25度/分钟；冷却至60度以下后打开炉门，取出试样；冷却后用砂纸打磨成为产品。