一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱的制作方法

一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱。它包括密封炉（10）和加热炉（9），加热炉（9）由加热炉底座（13）支撑在密封炉（10）内底面上，密封炉（10）顶部装有气缸（1），与气缸活塞连接的气缸活动杆（2）伸入密封炉（10）顶部中心孔内连接试件夹持机构（5），密封炉（10）内顶面装有竖直向下的导向丝（8），导向丝（8）下端穿过加热炉（9）顶孔系在加热炉（9）内的支架（12）上，支架（12）上面安放有缓冲垫（11），加热炉（9）顶孔中塞有隔热的碳毯片（14）。本发明的技术效果是：在陶瓷材料的抗热冲击性能的测试中，陶瓷试件的表面加热均匀，能精确地控制热冲击的目标温度，测试数据能够准确表征陶瓷材料的抗热冲击性能。
【专利说明】一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种温度冲击试验装置，具体涉及一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验装置。

【背景技术】
[0002]陶瓷材料因其熔点高，且在高温下具有很好的化学及物理稳定性等优异性能而被广泛应用于高温结构领域，如超高音速飞行器的热防护材料及发动机的热端等。但是，陶瓷材料因为本身的脆性，其抗热震性能较差。对于应用于高温结构的陶瓷材料，尤其是在航空航天领域，其在使用环境中往往因遭受剧烈的升温热冲击而发生破坏。因此，研宄陶瓷材料的抗热冲击性能就显得十分必要和重要。
[0003]目前，对于陶瓷材料的抗热冲击性能的测试方法主要包括氢氧喷射加热、电弧喷射加热、电加热、氧乙炔火焰加热、激光加热及电弧风洞等。其中，氢氧喷射加热、电弧喷射加热、电加热及氧乙炔火焰加热因低成本及易操作性等优点而被广泛应用。激光加热因其加热面积非常小而常不被采用。而电弧风洞因其成本极高和结构复杂限制了其应用。但是，利用上述常用方法进行陶瓷材料的升温热冲击时会存在下述问题:
1、试件表面加热不均匀:加热过程中，试件表面几何中心部位先急剧升温，导致试件表面温度分布极不均匀；
2、由于试件表面温度分布不均匀，难以直接确定试件表面温度；
3、热冲击目标温度难以控制。
[0004]以上问题使试验过程中会出现很大的分散性及误差，导致实验结果不能表征陶瓷材料的抗热冲击性能。因此，目前还没一种实用、可靠的测试陶瓷材料升温抗热冲击性能的
目.ο


【发明内容】

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱，它能够实施2000°C温度下陶瓷试件的升温热冲击试验，且陶瓷试件在遭受热冲击过程中表面加热均匀，能精确控制热冲击的目标温度。
[0006]本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括密封炉和加热炉，加热炉由加热炉底座支撑在密封炉内底面上，密封炉顶部装有气缸，与气缸活塞连接的气缸活动杆伸入密封炉顶部中心孔内连接试件夹持机构，密封炉内顶面装有竖直向下的导向丝，导向丝下端穿过加热炉顶孔系在加热炉内的支架上，支架上面安放有缓冲垫，加热炉顶孔中塞有隔热的碳毯片。
[0007]由于加热炉预先升温至热冲击的目标温度，由试件夹持机构夹持的试件从低温的密封炉瞬间落入加热炉内高温环境中，能保持陶瓷试件各表面加热均匀，且加热炉的温度为预先设定，能够精确控制试件的热冲击温度。
[0008]所以本发明的技术效果是:在陶瓷材料的抗热冲击性能的测试中，陶瓷试件的表面加热均匀，能精确地控制热冲击的目标温度，测试数据能够准确表征陶瓷材料的抗热冲击性能。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]本发明的【专利附图】

【附图说明】如下:
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为本发明的外围结构框图。
[0010]图中:1、气缸，2、气缸活动杆，4、螺旋弹簧，5、试件夹持机构，6、试件，7、套环，8、导向丝，9、加热炉，10、密封炉，11、缓冲垫，12、支架，13、加热炉底座，14、碳毯片。

【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
如图1和图2所示，本发明包括密封炉10和加热炉9，加热炉9由加热炉底座13支撑在密封炉10内底面上，密封炉10顶部装有气缸I，与气缸活塞连接的气缸活动杆2伸入密封炉10顶部中心孔内连接试件夹持机构5，密封炉10内顶面装有竖直向下的导向丝8，导向丝8下端穿过加热炉9顶孔系在加热炉9内的支架12上，支架12上面安放有缓冲垫11，加热炉9顶孔中塞有隔热的碳毯片14。
[0012]试件夹持机构5为弹簧钳；加热炉9为感应加热炉，加热炉9的发热体为圆筒形石墨或硼化锆陶瓷，发热体外表面缠绕导电金属丝。导电金属丝两端头伸出密封炉10连接高频电源。所述的导电金属丝可为铜丝或铝丝。加热炉9是利用高频感应使耐高温的圆筒形导电材料(如石墨或硼化锆陶瓷)发热，发热体内腔温度能够达到2000°C。
[0013]在加热炉9内的温度达到2000°C时，而密封炉10内的温度跟常温接近，所以加热炉9内放置的部件具有耐高温性能，导向丝8选用钨丝；缓冲垫11的材料为碳毯。
[0014]如图1所示，使用本发明时，在试件6上系上套环7，将套环7贯套在导向丝8上，试件夹持机构5夹住试件6，试件6的夹持过程为:当气缸活动杆2向上运动时，试件夹持机构5的钳口受密封炉10顶部中心孔的限制而夹紧试件6 ;
启动加热系统，加热炉9的炉膛进行加热；加热炉9的炉膛温度达到目标温度后，进行保温，保温时间根据试验要求而定；
松开被夹持的试件6，其过程是:当气缸活动杆2向下运动时，试件夹持机构5的钳口受螺旋弹簧4的轴向力作用而张开，松开试件6 ;试件6由套环7沿导向丝8滑落，砸开加热炉9顶部孔的碳毯片14，落在加热炉9内置的缓冲垫11上。试件6在加热炉9内进行保温，保温时间根据试验要求而定；最后，停止加热，冷却后取出试件6进行后续力学实验。
[0015]如图3所示，本发明的外围连接有加热系统、测温系统、冷却系统、抽真空系统、充气系统、数据采集卡和计算机控制系统，计算机控制系统通过数据采集卡实现对试验箱温度和气压信号的采集以及对温度和压力的控制。加热系统控制加热炉9的加热，测温系统的温度传感器为带陶瓷保护管的钨铼式热电偶，在2000°C时可正常工作；炉内温度也可采用比色高温计测量，其具有目视光学瞄准系统，焦距可调节，高精度，高重复性的接受目标的热辐射，并将其转换为可测量的电信号，测量温度可达2000°C ο冷却系统可连接自来水进行水冷，或是连接水冷机进行水冷。根据试验要求，启动抽真空系统，对密封炉10进行抽真空，抽真空系统包括机械泵及扩散泵，通过抽真空系统可使炉内真空度达到10_2Pa。按照试验环境要求，需要充气时，先抽真空，再对密封炉10内进行充气，充气系统包括储气罐及充气管，打开充气管上的开关即可往炉体内充气，充气系统充的气体可为氩气等惰性气体或氧气等。
[0016]本发明实现了温度为2000°C，真空、保护气体及有氧热环境下的升温热冲击试验。使用本发明进行试验，陶瓷试件在遭受热冲击过程中表面加热均匀，同时能精确控制热冲击的目标温度，由此解决了目前对于陶瓷材料升温热冲击试验中存在的试件表面加热极不均匀以及目标温度难以控制的问题。
【权利要求】
1.一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱，其特征是:包括密封炉(10)和加热炉(9)，加热炉(9)由加热炉底座(13)支撑在密封炉(10)内底面上，密封炉(10)顶部装有气缸(1)，与气缸活塞连接的气缸活动杆(2)伸入密封炉(10)顶部中心孔内连接试件夹持机构(5)，密封炉(10)内顶面装有竖直向下的导向丝(8)，导向丝(8)下端穿过加热炉(9)顶孔系在加热炉(9)内的支架(12)上，支架(12)上面安放有缓冲垫(11)，加热炉(9)顶孔中塞有隔热的碳毯片(14)。
2.根据权利要求1所述的一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱，其特征是:所述的试件夹持机构(5)为弹簧钳。
3.根据权利要求2所述的一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱，其特征是:所述的加热炉(9)为感应加热炉，加热炉(9)的发热体为圆筒形石墨或硼化锆陶瓷，发热体外表面缠绕导电金属丝。
4.根据权利要求3所述的一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱，其特征是:所述的导向丝(8)为钨丝。
5.根据权利要求4所述的一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱，其特征是:所述的缓冲垫(11)为碳越。
【文档编号】G01N3/60GK104483224SQ201510018489
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2015年1月14日 优先权日:2015年1月14日
【发明者】王如转, 李卫国, 李定玉, 成天宝, 麻建坐, 张曦蓓, 李博, 姚静宇, 方岱宁 申请人:重庆大学