一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置制造方法及图纸

针对现有技术中材料抗热震性能考核试验气氛难于控制、抗热震性考核测试温度较低的不足，本发明专利技术提供一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置。本发明专利技术装置包括加热‑温控系统、热源装置、试样夹持运动装置、热震‑冷却系统和真空‑炉体系统。加热‑温控系统由感应加热器加热，双比色红外测温仪测温，抗热震性考核测试温度可达2000oC以上。抗热震性考核测试采用气体冷却，气氛可控，能够在氧化性和非氧化性气氛下进行抗热震性能测试。整个抗热震性能测试试验采用计算机和控制器自动控制，装置结构简单，试样安装方便，实用性强。

A testing device for thermal shock resistance of materials with ultra high temperature and controllable atmosphere

In view of the difficulty in controlling the thermal shock resistance of materials in the existing technology and the low temperature resistance of the thermal shock test, the invention provides a testing device for the thermal shock resistance of materials with ultra-high temperature and controllable atmosphere. The device comprises a heating temperature control system, a heat source device, a sample clamping movement device, a thermal shock cooling system and a vacuum furnace body system. The heating and heating control system is heated by induction heater and dual color infrared thermometer. The temperature of the thermal shock resistance test can reach more than 2000oC. The thermal shock resistance test is cooled by gas and controlled by atmosphere. It can test thermal shock resistance in oxidizing and non oxidizing atmospheres. The whole thermal shock resistance test is controlled by computer and controller. The device is simple in structure, easy to install and practical.

【技术实现步骤摘要】
一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置
本专利技术涉及耐高温材料的性能考核评价领域，具体指一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置。
技术介绍
抗热震性是陶瓷制品或材料抵抗外界温度急剧变化而不引起破坏的能力，是评价材料抗破损能力的重要指标。影响材料抗热震性的因素很多，其中主要有材料的强度、热膨胀系数、导热率、弹性模量以及材料显微组织中晶体相、玻璃相、气相等的含量与分布等。在材料实际使用之前，必须对其抗热震性进行考核评价。在现有的材料抗热震性测试试验方法中，淬灭技术是一种应用最为广泛的研究方法，它首先将样品在炉中加热，然后在空气中、水中或者油中淬火冷却。随后，对其残余力学性能进行测量来表征其热震性能。随着航空航天技术的发展，对材料的耐高温性能提出了越来越严苛的要求。航天飞机热端部件、火箭发动机和高超声速飞行器热防护系统等要求耐热材料要在1800oC以上的超高温长期工作，并且承受复杂的热震环境。此外，当飞行器在临近空间和太空服役时，其处于贫氧环境和非氧化性环境，耐热材料的服役和热震环境与大气层内完全不同。然而，目前的材料抗热震性能考核测试装置主要针对耐火材料和传统陶瓷材料，一方面抗热震性考核测试温度较低，一般在1500oC以下，难以满足耐高温材料在超高温环境下的热震性能测试需求；另一方面，现有的抗热震性能测试装置多在大气环境下进行测试，难于控制热震考核测试的气氛，不能模拟耐高温材料在不同气氛环境下工作时的热震环境，较难真实的反映材料在服役状态下的抗热震性能。因此，需要开发一种抗热震性考核测试温度高，能够控制测试环境气氛的新型材料抗热震性能考核测试装置。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置，以克服现有技术中材料抗热震性能考核试验气氛难于控制、抗热震性考核测试温度较低的不足。（二）技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置，包括加热-温控系统、热源装置、试样夹持运动装置、热震-冷却系统和真空-炉体系统。加热-温控系统由感应加热器、加热线圈、测温视窗、测温器、控制器和计算机组成。感应加热器采用中频或者高频感应加热器，功率为30-100kW；测温视窗窗口所用材料为石英玻璃；测温器为双比色红外测温仪，测温范围为600-3000oC。控制器通过程序自动控制感应加热器和测温仪，通过预设温度与实测温度之间的差距实时调整加热器功率，在预设的时间内完成程序设定的加热、保温和冷却工艺参数。通过计算机输入相关试验参数，并实时记录温度变化曲线。热源装置自下而上依次由样品台、隔热垫块和加热坩埚组成，隔热垫块由多孔陶瓷制成，厚度为10-30mm，耐热温度高于2000oC。加热坩埚由石墨或难熔金属材料制成，大小根据热震试样设计。试样夹持运动装置由运动轨道、步进电机和试样夹具组成，热震考核测试试样由试样夹具以机械连接的方式固定在试样夹持运动装置上，步进电机带动被夹持的试样可在运动轨道上面上下往复运动，往复运动行程为10-300mm。热震-冷却系统由冷却气源、混气罐、进气阀门、冷却气喷嘴和放气阀门组成。冷却气源包括惰性气体（氩气和氮气）、氧气和压缩空气，上述气体可以一定浓度在混气罐内混合形成一定压力的混合气体对样品进行冷却。热震考核测试试验时，开启进气阀门，冷却气体经进气阀门进入冷却气喷嘴，以一定流速喷洒在热震样品表面对其进行冷却。当由于冷却气进入致使热震炉体内部气压超过0.01MPa时，开启放气阀，使热震炉内气压恢复至常压。重复上述过程，始终维持热震炉内气压不超过0.01MPa。真空-炉体系统由压力表、真空泵、炉体和炉盖组成。真空泵包括机械泵和扩散泵两级，可实现炉体内真空度最高5×10-2Pa，压力表可显示正负压力。炉体和炉盖采用双层中空循环水冷结构，炉体循环水进水口位于炉体下方、炉体循环水出水口位于炉体上方。（三）有益效果（1）本专利技术装置抗热震性考核测试温度高，能达到2000oC以上的超高温；（2）本专利技术装置抗热震性考核测试气氛可控，能够在氧化性和非氧化性气氛下进行抗热震性能测试；（3）本专利技术装置采用感应加热和气体辅助冷却，加热冷却速度快，试验周期短、成本低；（4）本专利技术装置可用于导电和不导电材料的抗热震性考核测试，适用性强；（5）本专利技术装置结构简单，试样安装方便，实用性强。附图说明图1为本专利技术一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置的结构示意图。1为加热-温控系统，2为热源装置，3为试样夹持运动装置，4为热震-冷却系统，5为真空-炉体系统。101-106分别为感应加热器、加热线圈、测温视窗、测温器、控制器和计算机。201、202和203分别为样品台、隔热垫块和加热坩埚。301、302和303分别为运动轨道、步进电机和试样。401-407分别为惰性气体储存罐（氩气或氮气）、氧气储存罐、压缩空气、混气罐、进气阀门、冷却气喷嘴和放气阀门。501、502、503和504分别为压力表、真空泵、炉体和炉盖。图2本专利技术装置进行碳陶材料抗热震性能测试过程中加热阶段被加热坩埚形貌图。图3本专利技术装置对碳陶复合材料进行不同温度抗热震性能考核测试前后材料的强度曲线。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1：本专利技术提供一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置，其结构示意图如附图1所示，包括1加热-温控系统，2热源装置，3试样夹持运动装置，4热震-冷却系统，5真空-炉体系统。加热-温控系统由101感应加热器、102加热线圈、103测温视窗、104测温器、105控制器和106计算机组成。感应加热器采用高频感应加热器，功率为50kW；测温视窗窗口所用材料为石英玻璃；测温器为双比色红外测温仪，测温范围为600-3000oC。控制器通过程序自动控制感应加热器和测温仪，通过预设温度与实测温度之间的差距实时调整加热器功率，在预设的时间内完成程序设定的加热、保温和冷却工艺参数。通过计算机输入相关试验参数，并实时记录温度变化曲线。热源装置自下而上依次由201样品台、202隔热垫块和203加热坩埚组成，隔热垫块由多孔陶瓷制成，厚度为15mm，耐热温度2500oC。加热坩埚由高密度石墨制成。试样夹持运动装置由301运动轨道、302步进电机和试样夹具组成，热震考核测试试样由试样夹具以机械连接的方式固定在试样夹持运动装置上，步进电机带动被夹持的试样可在运动轨道上面上下往复运动，往复运动行程为100mm。热震-冷却系统由401氩气储存罐、402氧气储存罐和403压缩空气、404混气罐、405进气阀门、406冷却气喷嘴和407放气阀门组成。氩气、氧气和压缩空气可以一定浓度在混气罐内混合形成一定压力的混合气体对样品进行冷却。热震考核测试试验时，开启进气阀门，冷却气体经进气阀门进入冷却气喷嘴，以一定流速喷洒在热震样品表面对其进行冷却。当由于冷却气进入致使热震炉体内部气压超过0.01MPa时，开启放气阀，使热震炉内气压恢复至常压。重复上述过程，始终维持热震炉内气压不超过在0.01MPa。真空-炉体系统由501压力表、502真空泵、503炉体和504本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置，其特征在于，所述装置由加热‑温控系统、热源装置、试样夹持运动装置、热震‑冷却系统和真空‑炉体系统组成；加热‑温控系统由感应加热器、加热线圈、测温视窗、测温器、控制器和计算机组成；热源装置自下而上依次由样品台、隔热垫块和加热坩埚组成，加热坩埚放置在加热‑温控系统的加热线圈内部，通过感应加热器加热产生热量；试样夹持运动装置由运动轨道、步进电机和试样夹具组成，热震考核测试试样由试样夹具以机械连接的方式固定在试样夹持运动装置上，步进电机带动被夹持的试样可在运动轨道上面上下往复运动；热震‑冷却系统由冷却气源、混气罐、进气阀门、冷却气喷嘴和放气阀门组成；冷却气体为惰性气体或者氧化性气体，多种冷却气体可以一定浓度在混气罐内混合形成一定压力的混合气体对样品进行冷却；真空‑炉体系统由压力表、真空泵、炉体和炉盖组成；炉体和炉盖采用双层中空循环水冷结构，炉体循环水进水口位于炉体下方、炉体循环水出水口位于炉体上方。

【技术特征摘要】
1.一种超高温可控气氛的材料抗热震性能考核测试装置，其特征在于，所述装置由加热-温控系统、热源装置、试样夹持运动装置、热震-冷却系统和真空-炉体系统组成；加热-温控系统由感应加热器、加热线圈、测温视窗、测温器、控制器和计算机组成；热源装置自下而上依次由样品台、隔热垫块和加热坩埚组成，加热坩埚放置在加热-温控系统的加热线圈内部，通过感应加热器加热产生热量；试样夹持运动装置由运动轨道、步进电机和试样夹具组成，热震考核测试试样由试样夹具以机械连接的方式固定在试样夹持运动装置上，步进电机带动被夹持的试样可在运动轨道上面上下往复运动；热震-冷却系统由冷却气源、混气罐、进气阀门、冷却气喷嘴和放气阀门组成；冷却气体为惰性气体或者氧化性气体，多种冷却气体可以一定浓度在混气罐内混合形成一定压力的混合气体对样品进行冷却；真空-炉体系统由压力表、真空泵、炉体和炉盖组成；炉体和炉盖采用双层中空循环水冷结构，炉体循环水进水口位于炉体下方、炉体循环水出水口位于炉体上方。2.如权利要求1所述的材料抗热震性能考核测试装置，其特征在于，所述加热-温控系统中感应加热器采用中频或者高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：仝永刚，白书欣，胡永乐，叶益聪，张虹，张明军，柳建，谢新琪，祝文涛，许凤凰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43