一种用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种丝线材料的高低温热冲击试验方法，特别是一种直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置及方法。纳微米尺度丝材作为航天器结构和功能产品的重要组成部分，需要具有适应较大温差变化的能力，但在现有的热冲击试验设备中丝材表面极易受到损伤，影响对材料性能变化的判定。本发明专利技术提供了一种适用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置及方法，由丝材固定工装、加热装置、制冷装置、温控系统、转移机构五部分构成，解决了纳微米尺度丝材在热冲击试验中容易受到碰撞、摩擦、损伤的问题，可以在大温变条件下快速地进行温度转移、较快地实现温度平衡，而且试验装置的可拓展性较强，提高了试验效率和可靠性。

A thermal shock test device and method for nanomicron diameter wire

The invention discloses a high and low temperature thermal shock test method for wire materials, in particular to a thermal shock test device and method for wire materials with a diameter of nanometer and micron. As an important part of spacecraft structure and functional products, nano micron scale wire needs to be able to adapt to the change of large temperature difference. However, in the existing thermal impact test equipment, the surface of wire is very vulnerable to damage, which affects the determination of material performance changes. The invention provides a thermal shock test device and method suitable for nanomicron scale wire material, which is composed of five parts: wire fixing tooling, heating device, refrigeration device, temperature control system and transfer mechanism. It solves the problem that nanomicron scale wire material is easy to be collided, rubbed and damaged in the thermal shock test, and can conduct temperature rotation rapidly under the condition of large temperature change The temperature balance can be realized quickly, and the expansibility of the test device is strong, which improves the test efficiency and reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置及方法
本专利技术涉及丝线材料的高低温热冲击试验方法，特别是一种直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置及方法，属于材料检测

技术介绍
在各类军用、民用卫星以及其他航天、航空飞行器中，纳微米尺度丝材作为结构和功能产品的组成部分应用越来越广泛，如可展开式天线反射器金属网状编织结构用镀金丝材、电磁波屏蔽体编织结构用金属丝材、太阳帆板电接触摩擦副用合金丝材等，都以纳微米细丝作为关键材料。航天器舱外材料在轨服役过程中普遍受到空间高低温交替变化环境的影响，特别是对于近地轨道卫星，温度变化迅速，变温速率高达40～50℃/min。热冲击试验通过对材料进行高低温环境间的瞬间转换，得以在最短的时间内检测试样因热胀冷缩所引起的性能变化，评价材料在高低温变化环境中的可靠性。目前，在热冲击试验箱的加热、冷却设备中，材料的热传导一般基于风机的空气对流效应，利用空气热交换对材料进行升、降温。若将纳微米尺度丝材放置在常规样品台上，在气流吹动下不容易固定，且极易产生碰撞或移位，细丝之间也容易相互摩擦受到损伤，影响高低温冲击试验对材料作用效果的判断。此外，一般高低温冲击试验箱低温端能够到达的最低温度为-180℃，而对于液氮温度下的热冲击试验扩展性较差。一般情况下，液氮温度到高温范围的热冲击试验常采用液氮罐与加热装置相配合的方式进行，利用人工进行转移，温度达到平衡的时间较长，对人员容易造成伤害且效率较低。综上，目前市场上存在的热冲击试验设备对纳微米尺度丝材进行测试时，存在样品固定不牢、丝材在气流吹动下易碰撞磨损、热冲击试验效果不好以及低温装置拓展性不强的问题。
技术实现思路
本专利技术专利解决的技术问题是：采用一种新型的热冲击试验装置，解决了纳微米尺度丝材在大温变条件下需要快速进行温度转移、较快地实现温度平衡以及保护细丝在热冲击过程中不受损伤的问题。本专利技术专利的技术解决方案为：一种用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置，包括加热装置、制冷装置、测温装置、温控装置、转移机构和丝材固定工装；所述丝材固定工装用于固定待试验丝材；所述丝材固定工装安装在转移机构上，由转移机构牵引，进出加热装置或制冷装置；所述测温装置设于加热装置内，并与温控装置连接，用于实时检测加热装置内的温度；温控装置接收温度信号，并结合预设温度值对加热装置的温度进行控制。进一步地，所述丝材固定工装包括支撑杆、保护丝套和丝材支架，所述支撑杆安装在转移机构上，所述丝材支架安装在支撑杆上，所述保护丝套螺旋缠绕在支撑杆上，且不与待试验丝材接触，待试验丝材以纺锤状丝束形态固定在丝材支架上。进一步地，所述支撑杆两端设有固定套环，所述保护丝套和丝材支架固定于固定套环上。进一步地，所述加热装置上部与下部分别设有供转移机构和丝材固定工装通过的通孔，上部通孔插入用玄武岩纤维布包裹的空心陶瓷套管，陶瓷套管上设有气凝胶隔热棉保温，下部通孔插入由玄武岩纤维布包裹的空心石英玻璃管(16)，加热装置固定于单边支撑的金属支架上。进一步地，所述转移机构包括定滑轮和绳索；所述绳索一端连接丝材固定工装，另一端为控制丝材固定工装移动的控制端；所述定滑轮固定安装于试验场所，所述绳索与定滑轮配合，由控制端控制移动丝材固定工装。一种用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验方法，包括如下步骤：试验前，将待试验丝材以纺锤状形态丝束固定安装在丝材支架上，将丝材支架固定安装在支撑杆上，将保护丝套螺旋缠绕在支撑杆上，且不与待试验丝材接触，组成丝材固定工装；将丝材固定工装与转移机构连接；将加热装置和制冷装置的温度调整到试验温度，并进行保温；根据试验需求控制转移机构，使丝材固定工装在加热装置和制冷装置之间来回移动，实现对待试验丝材的热冲击。进一步地，所述将待试验丝材以纺锤状形态丝束固定安装在丝材支架上的方法为：将待试验丝材以拉直的形式粘贴于纸上，将纸弯折，使待试验丝材松弛，两端用耐温胶带缠绕成丝束；将松弛的待试验丝束材用耐温胶带或金属丝固定在丝材支架上。进一步地，对加热装置进行保温的方法为：在加热装置的上部通孔插入用玄武岩纤维布包裹的空心陶瓷套管，下部通孔插入用玄武岩纤维布包裹的空心石英玻璃管，上部通孔上方用横截面积为10cm×10cm的气凝胶隔热棉块加强隔热作用，气凝胶隔热棉块中部打孔使转移机构和丝材固定工装通过。进一步地，将制冷装置的温度调整到试验温度的方法为：试验温度为室温23℃～-180℃时，在所述制冷装置内部通氮气进行降温；试验温度为-196℃时，将所述制冷装置更换为液氮箱。进一步地，所述将丝材固定工装与转移机构连接，转移机构具体为：包括定滑轮和绳索；所述绳索一端连接丝材固定工装，另一端为控制丝材固定工装移动的控制端；所述定滑轮固定安装于试验场所，所述绳索与定滑轮配合，由控制端控制移动丝材固定工装。本专利技术与现有技术相比有益效果为：(1)本专利技术采用适用于纳微米尺度丝材的固定工装，通过丝材支架将丝材固定在两端的固定套环上，外部用螺旋状的保护丝套进行保护，有效减少了丝材在热冲击试验过程中产生碰撞、移位、摩擦、损伤的情况，有利于排除外界干扰因素，评价高低温冲击试验对丝材的作用效果。(2)本专利技术采用适用于纳微米尺度丝材的长条形固定工装，固定后的丝束具有一定的松弛度，避免了丝材之间的摩擦损伤，与常规样品固定方式相比，丝材无需卷绕或折叠，对丝材的保护作用较好，且可以解决脆性基体以及表面涂覆镀层的纳微米尺度丝材热冲击试验固定问题。(3)本专利技术中直径为纳微米尺度的丝材在加热装置与制冷装置中能够快速达到目标温度，加热装置使用均布于炉体中的电阻丝加热，对于展开的丝材无需风机辅助也能较快地达到温度平衡，减少了对丝材的吹动磨损。特定的保温设计包括玄武岩纤维布、气凝胶隔热棉块具有良好的隔热效果。(4)本专利技术装置的高低温热冲击温度范围覆盖较广，试验成本低，可以较简便地实现纳微米尺度丝材从-196℃(液氮温度)到300℃以下高温以及-180℃～300℃温度范围内的热冲击试验，较快地进行温度间自动转移，热冲击效果好，整套装置的灵活性和可拓展性较强。(5)本专利技术可满足直径为纳微米尺度丝状的金属、非金属、复合材料及其带镀层材料的热冲击试验使用要求。附图说明图1为一种直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置示意图；图2为热冲击试验加热装置及其保温设计结构的立体图；图3为热冲击试验装置的丝材固定工装结构图。图中：1、加热装置，2、制冷装置，3、测温装置，4、温控装置，5、转移机构，6、丝材固定工装，7、金属支架，8、玄武岩纤维布，9、陶瓷套管，10、气凝胶隔热棉块，11、电阻加热丝，12、支撑杆，13、固定套环，14、保护丝套，15、丝材支架，16、石英玻璃管。具体实施方式本专利技术专利中的热冲击试验装置包括一整套样品固定、加热、制冷、温控以及转移装置，适合于直径为纳微米尺度极细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置，其特征在于：包括加热装置(1)、制冷装置(2)、测温装置(3)、温控装置(4)、转移机构(5)和丝材固定工装(6)；/n所述丝材固定工装(6)用于固定待试验丝材；/n所述丝材固定工装(6)安装在转移机构(5)上，由转移机构(5)牵引，进出加热装置(1)或制冷装置(2)；/n所述测温装置(3)设于加热装置(1)内，并与温控装置(4)连接，用于实时检测加热装置(1)内的温度；温控装置(4)接收温度信号，并结合预设温度值对加热装置(1)的温度进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置，其特征在于：包括加热装置(1)、制冷装置(2)、测温装置(3)、温控装置(4)、转移机构(5)和丝材固定工装(6)；
所述丝材固定工装(6)用于固定待试验丝材；
所述丝材固定工装(6)安装在转移机构(5)上，由转移机构(5)牵引，进出加热装置(1)或制冷装置(2)；
所述测温装置(3)设于加热装置(1)内，并与温控装置(4)连接，用于实时检测加热装置(1)内的温度；温控装置(4)接收温度信号，并结合预设温度值对加热装置(1)的温度进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置，其特征在于：所述丝材固定工装(6)包括支撑杆(12)、保护丝套(14)和丝材支架(15)，所述支撑杆(12)安装在转移机构(5)上，所述丝材支架(15)安装在支撑杆(12)上，所述保护丝套(14)螺旋缠绕在支撑杆(12)上，且不与待试验丝材接触，待试验丝材以纺锤状丝束形态固定在丝材支架(15)上。


3.根据权利要求2所述的一种直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置，其特征在于：所述支撑杆(12)两端设有固定套环(13)，所述保护丝套(14)和丝材支架(15)固定于固定套环(13)上。


4.根据权利要求2所述的一种直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置，其特征在于：所述加热装置(1)上部与下部分别设有供转移机构(5)和丝材固定工装(6)通过的通孔，上部通孔插入用玄武岩纤维布(8)包裹的空心陶瓷套管(9)，陶瓷套管(9)上设有气凝胶隔热棉(10)保温，下部通孔插入由玄武岩纤维布(8)包裹的空心石英玻璃管(16)，加热装置(1)固定于单边支撑的金属支架(7)上。


5.根据权利要求1所述的一种直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验装置，其特征在于：所述转移机构(5)包括定滑轮和绳索；所述绳索一端连接丝材固定工装(6)，另一端为控制丝材固定工装(6)移动的控制端；所述定滑轮固定安装于试验场所，所述绳索与定滑轮配合，由控制端控制移动丝材固定工装(6)。


6.一种用于直径为纳微米尺度丝材的热冲击试验方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔静，于翔天，高鸿，李岩，王向轲，何瑞鹏，汪洋，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11