用于陶瓷纤维高温变形的原位测量装置，涉及一种用于研究陶瓷纤维试样在高温－应力的耦合作用下的形变和断裂行为的测量装置。包括高温气氛炉处理系统与光学测量系统，高温气氛炉处理系统包括内炉、外炉、万能试验机、载荷传感器、水冷气封系统和测控温装置；光学测量系统包括光电引伸计、数据采集处理系统、干涉滤光片装置、强光源。高温气氛炉采用双炉结构，内炉保证高温，外炉确保真空度，充分保证真空度与惰性气体的气密性。采用万能试验机提供试样的载荷，采用光电引伸计对被测试样应变进行追踪，被测试样在高温气氛保护下的形变通过两个标志点的移动可得出准确形变数据。具有应变测量准确、操作简便、可靠性高的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种原位测量装置，尤其是涉及一种用于研究陶瓷纤维试样在高温-应力的耦合作用下的形变和断裂行为的测量装置。
技术介绍
陶瓷纤维是一种陶瓷基复合材料的增强体，由天然或人造无机物采用不同工艺制成的纤维状材料也可由有机纤维通过高温热处理转化而成。陶瓷纤维除了具有优异的力学性能，还具有抗氧化、高温稳定性好等优点。陶瓷纤维试样在高温下的应力-应变关系和力学性能是用于航空航天和先进武器装备等高科技领域耐高温高性能材料的重要性能指标。研究表明，随着使用温度的提高，陶瓷纤维试样的弹塑性性质和断裂模式将发生改变。原位测定耐高温高性能陶瓷纤维试样在高温惰性气氛保护和载荷的耦合作用下的应力-应变关系，是有效地应用耐高温高性能复合材料的关键依据，也是指导其成分、工艺和微结构设计的重要基础。虽然原位测定陶瓷纤维试样在高温下受力应变过程具有重要的意义，但陶瓷纤维细(直径一般为十几微米)，断裂应变小(如碳化硅(SiC)纤维在室温下的断裂应变大约为0.01，即标距为25mm的碳化硅(SiC)纤维，其伸长量大约为250μm)，无法用接触式的夹式引伸计测量，而且在高温环境气氛中即使氧气含量极少，纤维对其敏感性也很强，容易发生氧化反应，因此测量其原位形变难度很大，目前尚未有原位测量形变的精确方法。已有的文献报道多是通过测量在高温炉体外的试样夹持部分在加载过程中的位移来间接表示材料在高温下的应变。但是，试样和试样夹持部分在受力变形过程中有可能发生相对位移；另外，所测得的是试样各部分变形之和，且在加热体内是一个非均匀温度场，试样各部分的温度是不同的，在相同的载荷作用下试样各部分的应变也是不同的。因此，用这样的方法不可能获得试样在设定高温下的真实应变，导致误差大。金观昌等专利技术了测量高温下材料力学性能的光学方法及装置(CN85100056)，是在有石英玻璃窗口的高温加热炉中，安放一个耐高温的纯弯加载装置，被测材料以板试件形式放入该装置的二刀口间，在全息照相两次曝光间加以适当弯距，用像平面全息照相光路拍摄全息图，获得板的挠度分布，并用最小二乘法处理，求出弹性模量和泊松比。但其最高使用温度只能达到1000℃，且被测试样必须被加工为板试件形式，因此无法测量陶瓷纤维试样。Severine Darzens等(Severine Darzens et al.，J.Am.Ceram.Soc.，2005，88(7)1967-1972)对SiCf-SiBC复合材料中Hi-Nicalon SiC/NLM纤维增强复合材料的研究里，设计了一套复合材料高温蠕变原位测量装置，在氩气气氛保护下，温度可达到1800℃；在空气气氛中，温度则可达到1600℃，但他们采用的材料变形测量装置为接触式的夹式引伸计，仍然存在较大误差，并且该装置无法夹持陶瓷纤维试样，只能对大试样比较科学有效。Uno Tomohiro等(Uno Tomohir et al.，JP.Pat.10307090，1997)设计了一套用于测量高温下拉伸断裂强度的高温加热炉，但并没有解决准确测量应变的难题，还是测量试验机上横梁位移；日本Hiyoshi等(Hiyoshi et al.，U.S.Pat.09/838，120，2001)专利技术了用两个光电传感器及CCD元件照相机对试样上预先标志的两个点进行追踪，从而测量试样的应变。而目前市场上日本岛津公司生产的UH-1系列的超高温材料试验机，采用非接触式引伸计进行原位应变测量，最大试验温度却只能为300℃(真空、惰性气体)，而采用接触式的引伸计，虽然温度可达到1200℃，但却只能测量金属材料，因此同样具有试验温度不高，应变测量不够准确的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种用于研究陶瓷纤维试样在高温-应力的耦合作用下的形变和断裂行为的陶瓷纤维试样高温气氛保护变形的原位测量装置。本专利技术包括高温气氛炉处理系统与高精度的光学测量系统。高温气氛炉处理系统设有内炉、外炉、万能试验机、载荷传感器、水冷气封系统和测控温装置，内炉与外炉之间通过位移调节装置连接，内炉与外炉置于万能试验机中间，万能试验机与载荷传感器连接，载荷传感器置于内炉顶部与外炉顶部之间，水冷气封系统与内炉和外炉连接，测控温装置包括测温装置和控温装置，测温装置通过双铂铑热电偶与内炉连接，控温装置通过电极与内炉连接，测温装置与控温装置置于测控温装置控制箱中。光学测量系统设有光电引伸计、数据采集处理系统、干涉滤光片装置和强光源，光电引伸计、数据采集处理系统和干涉滤光片装置设置在高温气氛炉处理系统的一例，强光源设置在对应侧，光电引伸计、干涉滤光片装置和强光源的轴线与高温气氛炉处理系统两端观察窗口的轴线重合。内炉与外炉之间通过位移调节装置连接，内炉与外炉用双位移调节装置固定于万能试验机的工作平台上，万能试验机通过上夹具连接钢棒与载荷传感器连接，载荷传感器底部连接上夹具，置于内炉顶部与外炉顶部之间。水冷气封系统包括水管线与气管线，水冷气封系统与内炉和外炉连接，水冷气封系统的水管线和气管线分布在内炉周边，水管线为内炉提供水循环冷却，上水管线的出水口与下一水管线的进水口相连接，由最后一出水口统一排出冷却水；气管线提供内炉和外炉气封气体。水管线和气管线通过设在外炉的管道口进出。测温装置通过双铂铑热电偶与内炉连接，双铂铑热电偶可感应内炉均温区温度，通过测温装置可显示实时温度值，控温装置通过电极与内炉连接，控温装置可调节电压达到控制内炉均温区温度的目的，测温装置与控温装置置于测控温装置控制箱中。万能试验机的上夹具和下夹具上各设一金属凸点，凸点上悬挂标准活动三角形纸片，待测试样粘贴在纸片上。内炉设有加热体、保温层、石英玻璃窗口、氮化硼缝道和可替换式金属块，在内炉炉膛的均温区开两个相向的长方形缝，两缝道末端与内炉壁间分别设有一观察窗口，两端观察窗口中心轴对准缝道中心轴。外炉的两侧设有观察窗口，观察窗口的位置对应于内炉的观察窗口；在外炉的左上端开设一出气口，用于排除炉内气体；外炉的底端设有管道口和抽真空气口，抽真空气口通过管道连接到真空泵；进水管、出水管和进气管从管道口进入炉内。载荷传感器通过数据线与万能试验机连接，可感应为试样所提供的载荷。数据采集处理系统由计算机与显示器组成。所述的内炉加热体选用耐高温金属钽，保温层里所设的隔热片选用石墨砖卷成圈，在内炉炉膛的均温区开的两个相向长方形缝的缝道由氮化硼做成，以石英玻璃耐高温透光材料做成透光窗口。外炉的两侧所设的观察窗口采用普通玻璃做成透光窗口。万能试验机可采用意大利GALDABINI公司生产的型号SUN2500万能试验机，其技术性能达到(1)试验力测量范围10N-25KN；(2)试验力示值精度显示值的±1％；(3)试验力测量分辨率0.005％FS；(4)最大拉伸试验空间1000mm。所述的光电引伸计的精度最好为0.1μm，可采用意大利GALDABINI公司或美国INSTRON公司生产的单镜头固定式引伸计或日本SHIMADZU岛津公司生产的双镜头伺服式引伸计。强光源可采用卤钨灯。其测量应变的原理是，在被测试样上采用耐高温铝酸盐水泥或电镀金属钨做两个黑白相间的标志点，采用光电引伸计对两个标志点进行追踪，通过计算机与图像追踪处理软件得出形变数据，从而测出其原位应变。本专利技术高温气氛炉本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于陶瓷纤维高温变形的原位测量装置，其特征在于包括高温气氛炉处理系统与光学测量系统，高温气氛炉处理系统设有内炉、外炉、万能试验机、载荷传感器、水冷气封系统和测控温装置，内炉与外炉之间通过位移调节装置连接，内炉与外炉置于万能试验机中间，万能试验机与载荷传感器连接，载荷传感器置于内炉顶部与外炉顶部之间，水冷气封系统与内炉和外炉连接，测控温装置包括测温装置和控温装置，测温装置通过双铂铑热电偶与内炉连接，控温装置通过电极与内炉连接，测温装置与控温装置置于测控温装置控制箱中；光 学测量系统设有光电引伸计、数据采集处理系统、干涉滤光片装置和强光源，光电引伸计、数据采集处理系统和干涉滤光片装置设置在高温气氛炉处理系统的一侧，强光源设置在对应侧，光电引伸计、干涉滤光片装置和强光源的轴线与高温气氛炉处理系统两端观察窗口的轴线重合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯祖德，姚荣迁，陈立富，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]
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