一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置及方法，其中，装置包括：应力加载系统，用于夹持试样，并在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供压应力加载；风冷热震系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供热应力；加热系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样进行加热；气氛控制系统，用于在测试所述试样的反应行为时为所述试样提供真空或不同气氛的测试环境；检测系统，用于对所述试样的反应行为进行实时原位检测。本发明专利技术能够实现对试样在反应过程中的温度场、气氛场和应力场的协同调控，进而在更加贴近实际服役环境的条件下对耐火材料的高温反应行为进行原位测试。

A device and method for in-situ testing the reaction behavior of refractories under stress

【技术实现步骤摘要】
一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置及方法
本专利技术属于无机非金属材料性能研究
，特别涉及一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置及方法。
技术介绍
耐火材料被广泛应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、电力及军工等国民经济的各个领域，是保证上述产业生产运行和技术发展不可或缺的基本材料，并且也在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。然而，在实际应用中，耐火材料经常承受频繁的温度急变、不同反应介质的冲刷和挤压，因而不可避免受到热应力、压应力以及热-压耦合复杂应力的作用，进而引起材料显微结构变化，产生微裂纹和孔洞，甚至开裂、剥落，由此导致的材料失效往往会成为工业事故的重大隐患。因此，研究耐火材料在应力荷载条件下的高温反应行为和机制是指导此类材料广泛、安全应用的重要基础。为了准确获取耐火材料在复杂应力作用下的高温界面反应行为，往往需要在试样反应过程中对温度场、气氛场和应力场进行协同调控，以达到使材料服役环境与现实更加贴近以及更能反映材料失效本质的目的。而现有测试装置多数未考虑应力对耐火材料的影响，而少有的测试装置在考虑影响时又无法兼顾对反应过程试样质量和显微结构演变的在线获取，因此，无法精准表征耐火材料在高温应力场下的损毁行为和机理。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的不足之处，本专利技术提供了一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置及方法，以实现对试样反应过程温度场、气氛场和应力场的协同调控，进而使耐火材料在更加贴近实际服役环境的条件下进行高温反应行为进行原位测试。本专利技术一方面提供了一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置，包括：应力加载系统，用于夹持试样，并在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供压应力加载；风冷热震系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供热应力；加热系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样进行加热；气氛控制系统，用于在测试所述试样的反应行为时为所述试样提供真空或不同气氛的测试环境；检测系统，用于对所述试样的反应行为进行实时原位检测。进一步的，所述加热系统包括：炉体，用于放置所述试样；加热机构，包括设在所述炉体内的加热体和温度检测机构，所述加热体用于对所述试样进行加热，所述温度检测机构用于对所述炉体的温度进行测定。进一步的，所述气氛控制系统包括：真空泵组，用于对所述炉体进行抽真空处理；真空压力传感器，与所述真空泵组连接，用于显示所述真空泵组的真空数值；气氛置换装置，与所述炉体连接，用于向所述炉体内通入不同的气体，进而为所述试样提供不同气氛的测试环境。进一步的，所述风冷热震系统包括：移动轨道，与所述炉体连接，所述移动轨道用于移动所述炉体，使所述试样远离所述炉体内腔；吹风装置，包括吹风喷嘴、以及控制所述吹风喷嘴移动的移动机构，所述吹风喷嘴用于向远离所述炉体内腔的所述试样吹风进行急冷处理。进一步的，所述应力加载系统包括：加持机构，包括第一压棒和第二压棒，所述加持机构用于将所述试样夹持在所述第一压棒和第二压棒之间；加荷机构，与所述第一压棒或第二压棒连接，用于调整所述第一压棒和第二压棒对所述试样的压应力加载；压力传感器，与所述加荷机构连接，用于显示所述加荷机构对所述试样加载的压力的数值。进一步的，所述检测系统包括：质量称量单元，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样的质量进行实时原位监测；所述质量称量单元包括称量框架和称量装置，称量装置位于所述称量框架的底部，其中，所述称量框架用于承载所述试样、所述第一压棒和第二压棒；图像采集单元，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样的显微形貌进行实时原位记录；所述图像采集单元包括用于观察所述试样形貌变化的CCD摄像机、用于移动所述CCD摄像机位置的三维平移台。本专利技术另一方面提供了一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的方法，包括：通过加热系统对试样进行加热至预设温度，并对所述试样的温度进行实时监测；通过应力加载系统向处于变温过程的所述试样加载预设压应力；通过气氛控制系统为处于变温过程的所述试样提供预设气氛的测试环境；通过检测系统对在温度场、气氛场和压应力场协同作用下的处于变温状态的所述试样的反应行为进行实时原位检测。本专利技术又一方面提供了一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的方法，包括：通过加热系统将处于惰性气体保护下的试样加热至预设温度，并对所述试样的温度进行实时监测；通过应力加载系统向处于预设温度下的所述试样加载预设压应力；通过气氛控制系统为处于预设温度下的所述试样提供预设的气氛测试环境；通过风冷热震系统对处于预设温度下的所述试样进行急冷处理，进而使所述试样加载预设热应力，其中，所述风冷热震系统对所述试样的冷却速率为50～1000℃/min；通过检测系统对在温度场、气氛场和压应力场协同作用下的处于预设温度和急冷处理过程中的所述试样的反应行为进行实时原位检测。进一步的，所述加热系统对所述试样的加热升温速率为1～15℃，预设温度为200～1600℃。进一步的，所述应力加载系统向所述试样加载的预设压应力为0～50MPa。本专利技术提供的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置及方法，通过在测试所述试样的反应行为时，对试样提供温度场和气氛场的同时，还对试样提供压应力加载和热应力加载，以实现对试样在反应过程中的温度场、气氛场和应力场的协同调控，进而在更加贴近实际服役环境的条件下对耐火材料的高温反应行为进行原位测试。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术示例性实施例提供的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置的结构示意图；图2为本专利技术示例性实施例1提供的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的方法流程示意图；图3为本专利技术示例性实施例2提供的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的方法流程示意图。图中：1-密封腔体；2-试样；3-应力加载系统，301-第一压棒，302-第二压棒，303-加荷机构，304-压力传感器；4-风冷热震系统，401-移动轨道，402-吹风喷嘴；5-加热系统，501-炉体，502-加热体，503-热电偶；6-气氛控制系统；7-检测系统，701-质量称量单元，702-图像采集单元，7011-称量框架，7012-称量装置，7021-CCD摄像机，7022-三维平移台。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置，其特征在于，包括：/n应力加载系统，用于夹持试样，并在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供压应力加载；/n风冷热震系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供热应力；/n加热系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样进行加热；/n气氛控制系统，用于在测试所述试样的反应行为时为所述试样提供真空或不同气氛的测试环境；/n检测系统，用于对所述试样的反应行为进行实时原位检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置，其特征在于，包括：
应力加载系统，用于夹持试样，并在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供压应力加载；
风冷热震系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样提供热应力；
加热系统，用于在测试所述试样的反应行为时对所述试样进行加热；
气氛控制系统，用于在测试所述试样的反应行为时为所述试样提供真空或不同气氛的测试环境；
检测系统，用于对所述试样的反应行为进行实时原位检测。


2.根据权利要求1所述的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置，其特征在于，所述加热系统包括：
炉体，用于放置所述试样；
加热机构，包括设在所述炉体内的加热体和温度检测机构，所述加热体用于对所述试样进行加热，所述温度检测机构用于对所述炉体的温度进行测定。


3.根据权利要求2所述的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置，其特征在于，所述气氛控制系统包括：
真空泵组，用于对所述炉体进行抽真空处理；
真空压力传感器，与所述真空泵组连接，用于显示所述真空泵组的真空数值；
气氛置换装置，与所述炉体连接，用于向所述炉体内通入不同的气体，进而为所述试样提供不同气氛的测试环境。


4.根据权利要求2所述的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置，其特征在于，所述风冷热震系统包括：
移动轨道，与所述炉体连接，所述移动轨道用于移动所述炉体，使所述试样远离所述炉体内腔；
吹风装置，包括吹风喷嘴、以及控制所述吹风喷嘴移动的移动机构，所述吹风喷嘴用于向远离所述炉体内腔的所述试样吹风进行急冷处理。


5.根据权利要求1所述的一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置，其特征在于，所述应力加载系统包括：
加持机构，包括第一压棒和第二压棒，所述加持机构用于将所述试样夹持在所述第一压棒和第二压棒之间；
加荷机构，与所述第一压棒或第二压棒连接，用于调整所述第一压棒和第二压棒对所述试样的压应力加载；
压力传感器，与所述加荷机构连接，用于显示所述加荷机构对所述试样加载的压力的数值。


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【专利技术属性】
技术研发人员：侯新梅，王恩会，郭春雨，刘云松，张海军，徐林超，杨涛，陈俊红，杨志斌，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11