本发明专利技术公开了一种高温力学模拟及原位观察装置，包括高温环境箱（13），所述高温环境箱（13）的中部横向贯穿有样品（12），所述样品（12）的两端均位于所述高温环境箱（13）的外侧，所述样品（12）的两端通过夹具（10）与载荷单元相连。本发明专利技术提供的一种高温力学模拟及原位观察装置，可实现高温服役行为的原位观察，不同于传统的高温试验机，本装置使用左右旋丝杆，加载过程中样品两端都发生相对运动，样品中心保持不动，因此可实现特定区域的原位观察。本发明专利技术的装置结构简单、成本低廉、操作简便、功能齐全，可以得到科学、真实的实验结果。
【技术实现步骤摘要】
一种高温力学模拟及原位观察装置
本专利技术涉及一种高温力学模拟及原位观察装置，适用于模拟并原位观察材料的高温力学行为，属于材料测试
技术介绍
材料在高温环境中的力学行为变化是材料研究者普遍关注的一个问题，模拟并原位观察材料的高温力学行为是评估材料高温服役情况的关键。目前评价材料高温力学行为主要使用高温试验机，如公开专利（CN107607411A）所述。高温试验机通常采用电阻丝加热，并且实验过程中夹具需与样品一起放置于环境箱中。使用过程中存在以下不足：（1）加热速度慢（2）加载过程中样品一端固定，另一端逐渐加载使样品发生拉伸，因此观察视场发生运动，难以原位观察某一特定区域的变化过程；（3）夹具与样品同时放入高温环境箱中，夹具需采用耐高温材料。为此，亟需设计一种高温力学模拟及原位观察装置，可以模拟不同载荷形式下材料的高温力学行为，并实现特定区域的原位观察，以科学地评价和观察材料的高温服役过程。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，本专利技术提供一种高温力学模拟及原位观察装置，该装置可以真实模拟并原位观察材料的高温力学行为，实验过程中温度可控、形貌变化可观察、加载载荷可控，适用于模拟和观察材料的高温服役行为。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高温力学模拟及原位观察装置，包括高温环境箱，所述高温环境箱的中部横向贯穿有样品，所述样品的两端均位于所述高温环境箱的外侧，所述样品的两端通过夹具与载荷单元相连；所述高温环境箱包括主体试验箱，所述主体试验箱的左右两侧均设置有密封单元，所述密封单元包括由内外壁组成的空腔式外壳，所述密封单元的内部中空，所述密封单元的左右两侧均设置有用于贯穿所述样品的通孔，所述密封单元内部的左右两侧均设置有环形的Y型耐高温橡胶密封圈，两所述Y型耐高温橡胶密封圈之间填充有若干磁球，所述密封单元上方设置有储液单元，所述储液单元内部填充有磁流变液，所述储液单元与所述密封单元的内部相连通，所述外壳的上下两端分别连通有冷却水口，所述外壳为冷却水道；所述主体试验箱内设置有若干半镀金反射型红外线加热石英管，所述半镀金反射型红外线加热石英管包括半镀金反射弧面和红外线加热石英管，全部所述半镀金反射弧面的弧心角均正对所述样品且均匀分布，所述半镀金反射弧面正对样品的一面涂布有镀金层，所述红外线加热石英管位于所述半镀金反射弧面的圆心处；靠近所述样品处设置有温度传感器，所述主体试验箱的外壁上开设有正对所述样品中心位置的观察窗口。所述磁球直径为微米级，所述磁球表面包覆有压电陶瓷涂层。所述载荷单元包括与一侧所述夹具相连的应力传感器，所述应力传感器的外侧与另一侧所述夹具的外侧分别连于螺母座上，两根左右旋丝杆分别通过轴承穿过所述螺母座的上下两端，两所述左右旋丝杆的一端均活动连接在丝杆支撑座上，两所述左右旋丝杆的另一端均与涡轮相连，所述涡轮与蜗杆上的齿轮呈垂直式啮合，所述蜗杆固定在轴承支撑座上，所述蜗杆上套有齿轮一，所述齿轮一与电机上的齿轮二相啮合。两所述左右旋丝杆通过轴承与传动座连接。所述密封单元通过金属橡胶圈和法兰与所述主体试验箱连接。所述红外线加热石英管、所述应力传感器、所述温度传感器和所述电机均与控制器相连；所述红外线加热石英管、所述应力传感器、所述温度传感器、所述电机和所述控制器均由电源供电。所述Y型耐高温橡胶密封圈的端头的内径较所述样品的外径小0~0.3mm，所述磁球与所述样品之间的缝隙为0~0.3mm。所述Y型耐高温橡胶密封圈是含有纳米氧化镁或纳米氧化铝的双氟橡胶圈，所述纳米氧化镁或纳米氧化铝表面经过硬脂酸镁和马来酸酐复合改性；所述纳米氧化镁或纳米氧化铝表面复合改性的方法为：1）将硬脂酸镁与纳米氧化镁或纳米氧化铝混合，其中，硬脂酸镁与纳米氧化镁或纳米氧化铝的重量比为1:（8~13），加入烧杯中，倒入乙酸乙酯得到混合液，其中硬脂酸镁与乙酸乙酯量的重量体积比为1:5~1:20g/L；2）将步骤1）中的混合液置于50℃~90℃的磁力搅拌器内搅拌1~4h，接着加入0.5g/L~10g/L马来酸酐，再搅拌1~4h，之后升温到90℃~100℃使乙酸乙酯挥发；3）待乙酸乙酯挥发后进行抽滤并在真空干燥，得到表面复合改性的纳米氧化镁或纳米氧化铝颗粒；所述表面复合改性的纳米氧化镁或纳米氧化铝在所述Y型耐高温橡胶密封圈中的含量为5~15%。所述金属橡胶圈由螺旋状的金属丝经冷冲压制成，所述金属丝的成分是0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti中的一种或多种，所述金属丝的直径为0.05mm～0.15mm。所述观察窗口的材质包括石英；所述储液单元顶端设置有方便加液以及密封的堵头。所述高温环境箱内样品工作温度范围为0～700℃，所述高温环境箱由不锈钢构成，内衬为耐火隔热材料。本专利技术具有如下有益效果：1）本专利技术加热速度快、经济适用。不同于传统的电阻丝加热，本专利技术通过半镀金反射型红外线加热石英的红外聚焦，可以实现样品局部区域的快速加热，因此夹具无需放置在环境箱中，对夹具的材料无特殊要求，经济适用。2）本专利技术的动态密封技术可实现动态载荷作用下密封。本装置通过橡胶圈机械密封和磁流体的动密封耦合作用实现动态载荷作用下密封，Y型耐高温橡胶密封圈中添加有表面改性的纳米氧化镁或纳米氧化铝，在不降低橡胶圈弹性基础上，可有效提升橡胶密封圈的耐高温性能。同时，一方面Y型耐高温橡胶密封圈不仅防止热空气的泄漏也可以避免磁流变液在动态载荷作用下泄漏到内部主体试验箱和外部环境中，另一方面，磁球不仅可以对橡胶圈的运动起到限制作用，而且可以持续提供磁场实现磁流体密封，进一步抑制热空气的泄漏。同时，不同于其他磁流体密封技术，每一个磁球都可成为密封单元，可逐级降低磁流体受到的压力，起到类似迷宫密封的效果，因此密封效果优异。3）本专利技术可实现高温服役行为的原位观察。不同于传统的高温试验机，本装置使用左右旋丝杆，加载过程中样品两端都发生相对运动，样品中心保持不动，因此可实现特定区域的原位观察。4）本专利技术具有良好的磁稳定性。一般磁性材料在高温下易出现磁性衰退现象，本专利技术一方面利用冷却水道降低磁球温度，另一方面当样品受到载荷作用时，磁球表面的压电陶瓷在力作用下产生电流，可持续给磁球充磁，使磁球保持磁性能的稳定。本专利技术的装置结构简单、成本低廉、操作简便、功能齐全，可以得到科学、真实的实验结果。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中高温环境箱的结构示意图；图3为本专利技术中主体试验箱的结构示意图。图中：1-电机，2-齿轮二，3-蜗杆，4-轴承支撑座，5-涡轮，6-传动座，7-左右旋丝杆，8-螺母座，9-应力传感器，10-夹具，11-丝杆支撑座，12-样品，13-高温环境箱，14-主体试验箱，15-密封单元，16-储液单元，17-堵头，18-金属橡胶圈，19-法兰，20-半镀金反射型红外线加热石英管，21-温度传感器，22-观察窗口，23-磁球，24-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温力学模拟及原位观察装置，其特征在于：包括高温环境箱（13），所述高温环境箱（13）的中部横向贯穿有样品（12），所述样品（12）的两端均位于所述高温环境箱（13）的外侧，所述样品（12）的两端通过夹具（10）与载荷单元相连；/n所述高温环境箱（13）包括主体试验箱（14），所述主体试验箱（14）的左右两侧均设置有密封单元（15），所述密封单元（15）包括由内外壁组成的空腔式外壳，所述密封单元（15）的内部中空，所述密封单元（15）的左右两侧均设置有用于贯穿所述样品（12）的通孔，所述密封单元（15）内部的左右两侧均设置有环形的Y型耐高温橡胶密封圈（24），两所述Y型耐高温橡胶密封圈（24）之间填充有若干磁球（23），所述密封单元（15）上方设置有储液单元（16），所述储液单元（16）内部填充有磁流变液，所述储液单元（16）与所述密封单元（15）的内部相连通，所述外壳的上下两端分别连通有冷却水口（25），所述外壳为冷却水道（26）；/n所述主体试验箱（14）内设置有若干半镀金反射型红外线加热石英管（20），所述半镀金反射型红外线加热石英管（20）包括半镀金反射弧面和红外线加热石英管，全部所述半镀金反射弧面的弧心角均正对所述样品（12）且均匀分布，所述半镀金反射弧面正对样品（12）的一面涂布有镀金层，所述红外线加热石英管位于所述半镀金反射弧面的圆心处；靠近所述样品（12）处设置有温度传感器（21），所述主体试验箱（14）的外壁上开设有正对所述样品（12）中心位置的观察窗口（22）。/n...
【技术特征摘要】
1.一种高温力学模拟及原位观察装置，其特征在于：包括高温环境箱（13），所述高温环境箱（13）的中部横向贯穿有样品（12），所述样品（12）的两端均位于所述高温环境箱（13）的外侧，所述样品（12）的两端通过夹具（10）与载荷单元相连；
所述高温环境箱（13）包括主体试验箱（14），所述主体试验箱（14）的左右两侧均设置有密封单元（15），所述密封单元（15）包括由内外壁组成的空腔式外壳，所述密封单元（15）的内部中空，所述密封单元（15）的左右两侧均设置有用于贯穿所述样品（12）的通孔，所述密封单元（15）内部的左右两侧均设置有环形的Y型耐高温橡胶密封圈（24），两所述Y型耐高温橡胶密封圈（24）之间填充有若干磁球（23），所述密封单元（15）上方设置有储液单元（16），所述储液单元（16）内部填充有磁流变液，所述储液单元（16）与所述密封单元（15）的内部相连通，所述外壳的上下两端分别连通有冷却水口（25），所述外壳为冷却水道（26）；
所述主体试验箱（14）内设置有若干半镀金反射型红外线加热石英管（20），所述半镀金反射型红外线加热石英管（20）包括半镀金反射弧面和红外线加热石英管，全部所述半镀金反射弧面的弧心角均正对所述样品（12）且均匀分布，所述半镀金反射弧面正对样品（12）的一面涂布有镀金层，所述红外线加热石英管位于所述半镀金反射弧面的圆心处；靠近所述样品（12）处设置有温度传感器（21），所述主体试验箱（14）的外壁上开设有正对所述样品（12）中心位置的观察窗口（22）。
2.根据权利要求1所述的一种高温力学模拟及原位观察装置，其特征在于：所述磁球（23）直径为微米级，所述磁球（23）表面包覆有压电陶瓷涂层。
3.根据权利要求1所述的一种高温力学模拟及原位观察装置，其特征在于：所述载荷单元包括与一侧所述夹具（10）相连的应力传感器（9），所述应力传感器（9）的外侧与另一侧所述夹具（10）的外侧分别连于螺母座（8）上，两根左右旋丝杆（7）分别通过轴承穿过所述螺母座（8）的上下两端，两所述左右旋丝杆（7）的一端均活动连接在丝杆支撑座（11）上，两所述左右旋丝杆（7）的另一端均与涡轮（5）相连，所述涡轮（5）与蜗杆（3）上的齿轮呈垂直式啮合，所述蜗杆（3）固定在轴承支撑座（4）上，所述蜗杆（3）上套有齿轮一，所述齿轮一与电机（1）上的齿轮二（2）相啮合。
4.根据权利要求3所述的一种高温力学模拟及原位...
【专利技术属性】
技术研发人员：李旋，巨佳，
申请(专利权)人：李旋，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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