直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置和方法，其中装置包括以下结构：箱式加热炉、平整的长方体耐火保温砖、垂直于保温砖平整端面并且炉内外贯通的孔洞、无涂层的有两个平整端面的块体材料、一端有陶瓷热障涂层的有两个平整端面的块体材料、测温热电偶、耐火保温棉、多通道温度‑时间记录仪气源。测量上述无涂层和有涂层的两个同基底、同尺寸的块体材料背向热源的平面端温度，测得的差值即为热障涂层隔热温度。本发明专利技术所述热障涂层是指能起到隔热作用的涂层。本发明专利技术所述块体材料包括金属材料、碳/碳复合材料、石墨材料等。相较传统方法，此方法具有测量误差小、测量成本低、测量时间少、仪器操作和数据处理简单的特点。

【技术实现步骤摘要】
直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置和方法
本专利技术涉及一种直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置和方法。本专利技术所述热障涂层是指能起到隔热作用的涂层，它主要由陶瓷材料如含锆、铝、硅、硼的氧化物、硅化物、碳化、氮化物等组成。本专利技术所述块体材料包含但不限于以下材料如金属材料、碳/碳复合材料、石墨材料、连续碳纤维增强型陶瓷复合材料、连续碳纤维增强型钛合金复合材料、连续碳化硅纤维增强型钛合金复合材料等等。
技术介绍
随着当今高推重比航空发动机的使用，发动机叶片的工作温度提高到了1600℃左右，而通常制造发动机叶片所用的镍基高温合金材料长期使用温度在900℃左右。尽管先进的气膜冷却技术可以将发动机叶片工作温度进一步提高近400℃，但仍需在叶片表面覆盖一隔热的陶瓷热障涂层(ThermalBarrierCoatings简称TBC)，以进一步降低高温合金受热温度。这样不仅能降低高温合金高温氧化速率，而且防止过高温度导致的合金力学性能的衰减。目前主要用等离子体喷涂(PlasmaSpraying简称PS)和电子束物理气相沉积(Electron-BeamPhysicalVaporDeposition简称EB-PVD)在高温合金表面制备陶瓷热障涂层。由它们制得的涂层厚度一般为200μm。本专利技术所述热障涂层是指能起到隔热作用的涂层，它主要由陶瓷材料如含锆、铝、硅、硼的氧化物、硅化物、碳化、氮化物等组成。以往人们评价高温合金陶瓷热障涂层的隔热性能只是采用间接的方法，即采用公式λ＝αρCp测定陶瓷涂层的热导率λ(单位为w/m.K)。其中α为热扩散系数(m2/s)，一般采用激光脉冲法测得；p为涂层的密度(kg/m3)；Cp为涂层的等压比热容(J/kg·K)，需将涂层从高温合金表面剥离下来，用差示扫描量热法(DSC)测得。很显然，由不同仪器分三次测量所得的三次测量误差会累积起来，使得测量结果呈现较大的误差。尽管这种方法能比较出不同化学成分的陶瓷涂层隔热性能差别，但还是不能反映涂层的实际隔热温度。另外，涂层的隔热温度会随外界热源温度变化而变化，这些值对涂层的实际应用非常重要，上述方法无法得到这个信息。为解决以上难题，本专利技术提供了一个直接测量上述高温合金热障涂层实际隔热温度的装置和方法。以上只是以高温合金作为一个最典型的应用例子来举例说明，本领域专业人员清楚，除了高温合金需要陶瓷热障涂层外，其它材料如各种金属材料、碳/碳复合材料、石墨材料、连续碳纤维增强型陶瓷复合材料、连续碳纤维增强型钛合金复合材料、连续碳化硅纤维增强型钛合金复合材料等等都有可能用到热障涂层，这样能减轻这些材料的受热温度，从而使这些材料氧化速率大大降低，同时避免它们力学性能因过高温度而衰减。本专利技术同样适用于上述这些材料的热障涂层隔热温度测量。
技术实现思路
本专利技术提供一种直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置和方法。和传统的测量涂层的热导率λ方法相比，本专利技术方法有以下优点：(1)由于本专利技术方法测量次数只有一次，测量误差较传统方法要低；(2)由于测量温度技术较测量热扩散系数α和等压比热容Cp技术更加成熟和精确，因此测量结果比传统方法更加可靠；(3)一次可测量得到隔热温度会随外界热源温度变化，这是传统方法无法实现的；(4)这种装置一次可测量得到多个热障涂层样品的隔热温度。(5)本专利技术测量次数少，测量时间较传统方法大大降低；(6))设备简单，测量成本较传统方法低；(7)本专利技术仪器操作简单、数据处理简单，方法简单易学，易于广泛推广；(8)可一次得到隔热温度随热源温度的变化趋势。本专利技术的直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置，其特征在于包括以下结构：箱式加热炉(1)、平整的长方体耐火保温砖(2)、垂直于保温砖平整端面并且炉内外贯通的孔洞(3)、无涂层的有两个水平端面的形状规则块体材料(4)、只有一水面有热障涂层的有两个水平端面的形状规则块体材料(5)、测温热电偶(6)、耐火保温棉(7)、多通道温度-时间记录仪(9)，其中所述孔洞(3)在贯通方向的尺寸和块体材料(4)和(5)两个水平端面的尺寸基本一样，所述块体材料(5)的热障涂层只在其中一个水平端面上，两个块体材料(4)和(5)沿水平端面垂线方向分别放入两个保温砖上孔洞(3)内，并且块体材料(5)上有热障涂层的水平端面朝向炉内热源，所述两个热电偶(6)金属测温探头从炉外插入孔洞(3)内分别和两个块体材料(4)和(5)背向热源的水平端面紧密接触，两个热电偶(6)的另一端分别和同一台所述多通道温度-时间记录仪(9)相联，以记录热电偶测得的温度，在所述孔洞(3)内填满耐火保温棉(7)，耐火保温棉(7)裹在热电偶(6)的周围，并紧紧堵在块体材料(4)和(5)背向热源的一端，本专利技术所述热障涂层是指能起到隔热作用的涂层，它主要由陶瓷材料如含锆、铝、硅、硼的氧化物、硅化物、碳化、氮化物等组成，本专利技术所述块体材料包含但不限于以下材料如金属材料、碳/碳复合材料、石墨材料、连续碳纤维增强型陶瓷复合材料、连续碳纤维增强型钛合金复合材料、连续碳化硅纤维增强型钛合金复合材料等等。在本专利技术的一种实施方式中，还包括下列一个或多个部件：为延长测温热电偶(6)长度而增加的热电偶延长线(8)，它的一端和热电偶(6)相联，另一端和多通道温度-时间记录仪(9)相联；为一次同时测量多个有热障涂层的块体材料(5)类似样品，在保温砖(2)上增加多个类似孔洞(3)的孔洞及其配套部件。在本专利技术的一种实施方式中，其中所述耐火保温砖(2)位于所述箱式加热炉(1)炉门口，并填满炉门，使炉内热量不能散发出来。在本专利技术的一种实施方式中，其中测量时无涂层的块体材料(4)和有涂层的块体材料(5)位于孔洞(3)内接近炉内热源的端头，必要时此端头有向孔洞平面端中心方向有相同尺寸的薄薄厚度的微微凸起，它能阻止块体材料(4)和(5)掉入炉内。在本专利技术的一种实施方式中，其中为确保所述两个热电偶(6)探头分别和两个块体材料(4)和(5)背向热源的水平面端紧密接触，必要时在这两个水平面中央分别做一个小洞，恰好能将热电偶(6)金属探头插入。在本专利技术的一种实施方式中，其中多通道温度-时间记录仪(9)能同时记录多路热电偶温度随测量时间的变化，并且必要时能将记录数据传递到电脑。测量之前必要时可通过多通道温度-时间记录仪自带功能，将多路热电偶在同一热源温度下测得的值做一校准，消除热电偶之间差别等因素带来的测量误差。在本专利技术的一种实施方式中，有涂层的块体材料(5)和无涂层块体材料(4)相比除了多出薄薄一层陶瓷热障涂层外，其余块体材料部分的所用材料和尺寸完全一样。块体材料(4)是一个规则的圆柱体、长方体、半球体等，它有两个平行的水平平面，这两个平面之间的距离最好能在2mm以上。在本专利技术的一种实施方式中，所述平整的长方体耐火保温砖(2)在炉内外方向的厚度最好在50mm以上。在本专利技术的一种实施方式中，有涂层的块体材料(5)只有部分或全部涂层直接暴露在热源中，块体材料(5)其余部分隔绝热源。与此同时，无涂层的块体材料(4)暴露在热源中的部分的形状和尺寸与上述块体材料(5)暴露在热源中的部分一样。本专利技术所述的一种直接测量高温合金热障涂层隔热温度的方法，其特征在于包括以下主要内容：对于上述所述装置，应用此装置测量过程中要同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置，其特征在于包括以下结构：箱式加热炉(1)、平整的长方体耐火保温砖(2)、垂直于保温砖平整端面并且炉内外贯通的孔洞(3)、无涂层的有两个水平端面的形状规则块体材料(4)、只有一水面有热障涂层的有两个水平端面的形状规则块体材料(5)、测温热电偶(6)、耐火保温棉(7)、多通道温度‑时间记录仪(9)，其中所述孔洞(3)在贯通方向的尺寸和块体材料(4)和(5)两个水平端面的尺寸基本一样，所述块体材料(5)的热障涂层只在其中一个水平端面上，两个块体材料(4)和(5)沿水平端面垂线方向分别放入两个保温砖上孔洞(3)内，并且块体材料(5)上有热障涂层的水平端面朝向炉内热源，所述两个热电偶(6)金属测温探头从炉外插入孔洞(3)内分别和两个块体材料(4)和(5)背向热源的水平端面紧密接触，两个热电偶(6)的另一端分别和同一台所述多通道温度‑时间记录仪(9)相联，以记录热电偶测得的温度，在所述孔洞(3)内填满耐火保温棉(7)，耐火保温棉(7)裹在热电偶(6)的周围，并紧紧堵在块体材料(4)和(5)背向热源的一端，本专利技术所述热障涂层是指能起到隔热作用的涂层，它主要由陶瓷材料如含锆、铝、硅、硼的氧化物、硅化物、碳化、氮化物等组成，本专利技术所述块体材料包含但不限于以下材料如金属材料、碳/碳复合材料、石墨材料、连续碳纤维增强型陶瓷复合材料、连续碳纤维增强型钛合金复合材料、连续碳化硅纤维增强型钛合金复合材料等等。...

【技术特征摘要】
1.一种直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置，其特征在于包括以下结构：箱式加热炉(1)、平整的长方体耐火保温砖(2)、垂直于保温砖平整端面并且炉内外贯通的孔洞(3)、无涂层的有两个水平端面的形状规则块体材料(4)、只有一水面有热障涂层的有两个水平端面的形状规则块体材料(5)、测温热电偶(6)、耐火保温棉(7)、多通道温度-时间记录仪(9)，其中所述孔洞(3)在贯通方向的尺寸和块体材料(4)和(5)两个水平端面的尺寸基本一样，所述块体材料(5)的热障涂层只在其中一个水平端面上，两个块体材料(4)和(5)沿水平端面垂线方向分别放入两个保温砖上孔洞(3)内，并且块体材料(5)上有热障涂层的水平端面朝向炉内热源，所述两个热电偶(6)金属测温探头从炉外插入孔洞(3)内分别和两个块体材料(4)和(5)背向热源的水平端面紧密接触，两个热电偶(6)的另一端分别和同一台所述多通道温度-时间记录仪(9)相联，以记录热电偶测得的温度，在所述孔洞(3)内填满耐火保温棉(7)，耐火保温棉(7)裹在热电偶(6)的周围，并紧紧堵在块体材料(4)和(5)背向热源的一端，本发明所述热障涂层是指能起到隔热作用的涂层，它主要由陶瓷材料如含锆、铝、硅、硼的氧化物、硅化物、碳化、氮化物等组成，本发明所述块体材料包含但不限于以下材料如金属材料、碳/碳复合材料、石墨材料、连续碳纤维增强型陶瓷复合材料、连续碳纤维增强型钛合金复合材料、连续碳化硅纤维增强型钛合金复合材料等等。2.权利要求1所述的直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置，还包括下列一个或多个部件：为延长测温热电偶(6)长度而增加的热电偶延长线(8)，它的一端和热电偶(6)相联，另一端和多通道温度-时间记录仪(9)相联；为一次同时测量多个有热障涂层的块体材料(5)类似样品，在保温砖(2)上增加多个类似孔洞(3)的孔洞及其配套部件。3.权利要求1或2所述的直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置，其中所述耐火保温砖(2)位于所述箱式加热炉(1)炉门口，并填满炉门，使炉内热量不能散发出来。4.权利要求1或2所述的直接测量块体材料热障涂层隔热温度的装置，测量时无涂层的块体材料(4)和有涂层的块体材料(5)位于孔洞(3)内接近炉内热源的端头，必要时此端头有向孔洞平面端中心方向有相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈少波，
申请(专利权)人：北京绿时顺风科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11