抗氧化涂层在500～2300℃区间高真空服役性能和辐射特性测试装置，属于材料测试领域。两个加热体一端固定在炉体内壁的两个盲孔内，炉体的侧壁包裹两个加热体部分为两个加热体冷却层，炉体的上、下开孔内设置上、下表面观察窗口，设置在炉体侧壁内的两条冷却水通道中部设置在加热体冷却层内部，冷却水入、出口与两条冷却水通道相通，引入、引出电极与两个加热体连接，真空管道上端穿过炉体底部与炉体相通，下端通过三通管与分子真空泵及真空测量装置连通，分子真空泵与机械真空泵连通，发射率测量装置设置在上表面观察窗口的正上方，半透半反镜及测温装置设置在下表面观察窗口的正下方，CCD设置在半透半反镜一侧。本发明专利技术具有加热速度快、不确定度小等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种涂层材料抗氧化性能的测试装置，尤其是涉及一种抗氧化涂层在500～2300℃区间高真空服役性能和辐射特性测试装置，属于材料测试领域。
技术介绍
抗氧化涂层是指涂覆在基体表面，能够隔绝基体材料与氧化性气氛直接接触的涂层材料，如铌铪合金基体表面涂覆的硅化物涂层、铌钨合金基体表面涂覆的硅化物涂层、铼基体表面涂覆的铱涂层等。高真空服役环境对在轨航天器的正常运行及在轨运行的可靠性与寿命具有十分显著的影响，是诱发在轨航天器故障的主要原因之一。同时通过考察材料的光谱辐射特性，有利于热防护材料在掺杂组份、制备工艺等材料研制方面的改进。材料的光谱辐射特性表现了材料在不同波长的辐射能量分布特性，可以在更微观的层面分析各组份及制造工艺对材料光谱辐射特性的影响，同时对提高热防护材料的总发射率具有指导意义。通常来讲，航天发动机抗氧化涂层的工作范围为-160～2000℃以上，最高可达2700℃，现有设备最高可测2000℃左右，航天发动机抗氧化涂层的温度工作区间一般分为超低温区，常温区，中高温区，超高温区，根据测试设备中不同加热元件和测温元件的功能及特点，以及地面模拟试验实际情况，同时兼顾可靠性和元件使用寿命的要求，要针对航天发动机抗氧化涂层的各个温度工作区间研制相应的测试设备。航天发动机抗氧化涂层在500℃以上区间工作时，其高真空服役性能和辐射特性是衡量涂层性能的重要指标，精确测试这些抗氧化涂层的热震/热疲劳性能和辐射特性随时间、空间、温度的分布变化具有重要的意义，此外，本专利技术也将对航空，航天、预警、红外制导、隐身等军事领域和辐射测温、理疗、机械工业等民用领域的涂层测试技术的发展起到一定的促进作用。目前国内与国际上尚未有统一的抗氧化涂层材料高真空服役环境性能。当前，抗氧化涂层高真空服役环境性能方法主要有三种：容量法、压力法、质量法。容量法和压力法仅适合在纯氧气氛中进行试验，测量结果可信度低。质量法相较容量法和压力法的优势在于：(1)可以在多种气氛中进行试验；(2)方法及原理相对简单；(3)试验所需设备易于操作；(4)测量精度高；(5)测量速度快。质量法是抗氧化涂层材料抗氧化性能测试中普遍采用的方法，是近年来国内外研究热点和主流方向。抗氧化涂层辐射性能测量方法主要有四种：量热法、反射法、能量法、多波长法。能量法主要包括无波段选择的绝对辐射计测量方法、热电堆或单个波段的光电探测器测量方法、分光光度计测量方法、傅里叶红外光谱仪测量方法，其中基于傅里叶红外光谱仪的材料辐射性能测量方法相较其他方法的优势在于：(1)扫描时间短，信噪比高；(2)入射辐射光通量大，灵敏度高；(3)具有很宽的光谱范围和较低的杂质辐射。是近年来国内外研究热点和主流方向。但是截止目前为止，还没有一种抗氧化涂层在500～2300℃区间高真空服役性能和辐射特性测试装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前没有抗氧化涂层在500～2300℃区间的高真空服役环境性能和辐射特性集成测试装置导致：抗氧化涂层在500～2300℃区间的高真空服役环境性能和辐射特性不能测量的问题。
技术实现思路
实现上述目的，本专利技术的采取的技术方案如下：抗氧化涂层在500～2300℃区间高真空服役性能和辐射特性测试装置，包括炉体、冷却水入口、冷却水出口、引入电极、引出电极、高温夹具、真空管道、真空阀门、真空机组、上表面观察窗口、发射率测量装置、下表面观察口、半透半反镜、测温装置、CCD、三通管、两个加热体及两个加热体冷却层；所述的真空机组包括真空测量装置、分子真空泵及机械真空泵；所述的炉体水平设置，炉体的内壁上沿水平方向相对设置有两个盲孔，所述的两个加热体与所述的两个盲孔一一对应设置，两个加热体一端固定在两个盲孔内，两个加热体另一端置于炉体的中心腔内，两个加热体所述的另一端与所述的高温夹具可拆卸连接，炉体的侧壁包裹两个加热体一的部分为两个加热体冷却层，炉体上方设有与炉体中心腔相通的上开孔，所述的上开孔处设置上表面观察窗口，炉体下方设有与炉体中心腔相通的下开孔，所述的下开孔处设置下表面观察窗口，炉体的侧壁内设置有两条冷却水通道，所述的两条冷却水通道上端与上开孔相通，两条冷却水通道下端与下开孔相通，每条所述的冷却水通道中部设置在对应的加热体冷却层内部，炉体的侧壁上分别固定有冷却水入口和冷却水出口，所述的冷却水入口与其中一条冷却水通道相通，所述的冷却水出口与另一条冷却水通道相通，所述的引入电极和引出电极均插入炉体内，引入电极与冷却水入口相邻设置并与所对应的加热体连接，所述的引出电极与冷却水出口相邻设置并与所对应的加热体连接，所述的真空管道上端固定穿过炉体的底部与炉体的中心腔相通，真空管道上安装真空阀门，真空管道下端与三通管的上端口连通，所述的三通管的下端口与分子真空泵的进气口连通，所述的分子真空泵的出气口与机械真空泵的进气口连通，三通管的旁端口与真空测量装置的进气口连通，所述的发射率测量装置设置在上表面观察窗口的正上方，所述的半透半反镜及测温装置由上至下设置在下表面观察窗口的正下方，且半透半反镜与水平面成夹角设置，所述的CCD设置在半透半反镜一侧。本专利技术的原理是：根据传热原理，试样加热时所需的功率P由试样加热的有效功率P1、试样加热时的辐射热损失P2、试样加热时的传导热损失P3、试样加热时的对流热损失P4和高温夹具传导热损失P5五部分组成。即P＝P1＋P2＋P3＋P4+P5试样加热的有效功率P1(kW)；P1＝CG(t2-t1)(1)其中C为试样的比热容(kW·h/kg)，G为生产率(kg/h)，t1为试样加热前的温度(℃)，t2为试样应达到的试验温度(℃)。试样加热时的辐射热损失P2(kW)； P 2 = σ ϵ [ ( T 2 100 ) 4 - ( T 1 100 ) 4 ] S - - - ( 2 ) ]]>其中σ为黑体辐射常数，T1＝t1+273，T1为空气的热力学温度(K)；T2＝t2+273,T2为试样加热后表面的热力学温度(K)；ε为试样的发射率；S为试样的有效散热面积(m2)。试样加热时的传导热损失P3(kW)，当试样温度较高时，试样的热量将通过空气、炉体内壁、耐热层、隔热层传递到炉体外壁。此传递过程可视为一维热传导过程，假设通过炉体各层的热流是稳定的，则试样的传导热损失为 P 3 = t 4 - 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗氧化涂层在500～2300℃区间高真空服役性能和辐射特性测试装置，其特征在于：包括炉体(1)、冷却水入口(3)、冷却水出口(4)、引入电极(6)、引出电极(7)、高温夹具(8)、真空管道(10)、真空阀门(11)、真空机组(12)、上表面观察窗口(13)、发射率测量装置(14)、下表面观察口(15)、半透半反镜(16)、测温装置(17)、CCD(18)、三通管(20)、两个加热体(5)及两个加热体冷却层(9)；所述的真空机组(12)包括真空测量装置(21)、分子真空泵(22)及机械真空泵(23)；所述的炉体(1)水平设置，炉体(1)的内壁上沿水平方向相对设置有两个盲孔，所述的两个加热体(5)与所述的两个盲孔一一对应设置，两个加热体(5)一端固定在两个盲孔内，两个加热体(5)另一端置于炉体(1)的中心腔内，两个加热体(5)所述的另一端与所述的高温夹具(8)可拆卸连接，炉体(1)的侧壁包裹两个加热体一(5)的部分为两个加热体冷却层(9)，炉体(1)上方设有与炉体(1)中心腔相通的上开孔，所述的上开孔处设置上表面观察窗口(13)，炉体(1)下方设有与炉体(1)中心腔相通的下开孔，所述的下开孔处设置下表面观察窗口(15)，炉体(1)的侧壁内设置有两条冷却水通道(2)，所述的两条冷却水通道(2)上端与上开孔相通，两条冷却水通道(2)下端与下开孔相通，每条所述的冷却水通道(2)中部设置在对应的加热体冷却层(9)内部，炉体(1)的侧壁上分别固定有冷却水入口(3)和冷却水出口(4)，所述的冷却水入口(3)与其中一条冷却水通道(2)相通，所述的冷却水出口(4)与另一条冷却水通道(2)相通，所述的引入电极(6)和引出电极(7)均插入炉体(1)内，引入电极(6)与冷却水入口(3)相邻设置并与所对应的加热体(9)连接，所述的引出电极(7)与冷却水出口(4)相邻设置并与所对应的加热体(9)连接，所述的真空管道(10)上端固定穿过炉体(1)的底部与炉体(1)的中心腔相通，真空管道(10)上安装真空阀门(11)，真空管道(10)下端与三通管(20)的上端口连通，所述的三通管(20)的下端口与分子真空泵(22)的进气口连通，所述的分子真空泵(22)的出气口与机械真空泵(23)的进气口连通，三通管(20)的旁端口与真空测量装置(21)的进气口连通，所述的发射率测量装置(14)设置在上表面观察窗口(13)的正上方，所述的半透半反镜(16)及测温装置(17)由上至下设置在下表面观察窗口(15)的正下方，且半透半反镜(16)与水平面成夹角(α)设置，所述的CCD(18)设置在半透半反镜(16)一侧。...
【技术特征摘要】
1.一种抗氧化涂层在500～2300℃区间高真空服役性能和辐射特性测试装置，其特征在于：包括炉体(1)、冷却水入口(3)、冷却水出口(4)、引入电极(6)、引出电极(7)、高温夹具(8)、真空管道(10)、真空阀门(11)、真空机组(12)、上表面观察窗口(13)、发射率测量装置(14)、下表面观察口(15)、半透半反镜(16)、测温装置(17)、CCD(18)、三通管(20)、两个加热体(5)及两个加热体冷却层(9)；所述的真空机组(12)包括真空测量装置(21)、分子真空泵(22)及机械真空泵(23)；所述的炉体(1)水平设置，炉体(1)的内壁上沿水平方向相对设置有两个盲孔，所述的两个加热体(5)与所述的两个盲孔一一对应设置，两个加热体(5)一端固定在两个盲孔内，两个加热体(5)另一端置于炉体(1)的中心腔内，两个加热体(5)所述的另一端与所述的高温夹具(8)可拆卸连接，炉体(1)的侧壁包裹两个加热体一(5)的部分为两个加热体冷却层(9)，炉体(1)上方设有与炉体(1)中心腔相通的上开孔，所述的上开孔处设置上表面观察窗口(13)，炉体(1)下方设有与炉体(1)中心腔相通的下开孔，所述的下开孔处设置下表面观察窗口(15)，炉体(1)的侧壁内设置有两条冷却水通道(2)，所述的两条冷却水通道(2)上端与上开孔相通，两条冷却水通道(2)下端与下开孔相通，每条所述的冷却水通道(2)中部设置在对应的加热体冷却层(9)内部，炉体(1)的侧壁上分别固定有冷却水入口(3)和冷却水出口(4)，所述的冷却水入口(3)与其中一条冷却水通道(2)相通，所述的冷却水出口(4)与另一条冷却水通道(2)相通，所述的引入电极(6)和引出电极(7)均插入炉体(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：萧鹏，安东阳，戴景民，吴念崇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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