專(zhuān)利名稱(chēng)：雙橢圓反射柱面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料熱疲勞性能試驗(yàn)裝置，特別是雙橢圓反射柱面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
材料的熱疲勞性能是評(píng)定材料在熱循環(huán)工作條件下的最基本性能之一，特別是對(duì)于熱結(jié)構(gòu)材料尤為重要。一般的材料熱疲勞方法是將材料試件在空氣爐中加熱，或是用感應(yīng)加熱，或是直接通電加熱法，或是紅外線(xiàn)加熱法。然后用壓縮空氣或液體介質(zhì)快速冷卻，加熱和冷卻反復(fù)進(jìn)行。
文獻(xiàn)“申請(qǐng)?zhí)枮?00420079965.6的中國(guó)專(zhuān)利”介紹了一種彈簧熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，其結(jié)構(gòu)包括控制系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，其加熱系統(tǒng)是由電阻爐、滑門(mén)和插入爐中的熱電偶組成，冷卻系統(tǒng)由水槽和插入水中的溫度計(jì)組成，這種熱疲勞試驗(yàn)機(jī)存在以下不足試件在空氣爐中加熱，其高溫環(huán)境溫度為200℃，無(wú)法滿(mǎn)足高溫度材料試驗(yàn)的要求；使用水槽直接冷卻試件，其液態(tài)冷卻介質(zhì)與某些試驗(yàn)材料反應(yīng)，不能正確表征測(cè)試材料的熱疲勞性能。尤其對(duì)非均勻材料和多孔材料，冷卻不均勻，帶來(lái)較大的試驗(yàn)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)加熱溫度低且不能迅速降溫的不足，本發(fā)明提供一種雙橢圓反射柱面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置，包括控制系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，其特點(diǎn)是還包括固定反射器1和回轉(zhuǎn)反射器2；固定反射器1由A橢圓和B橢圓反射面部分重疊形成，在A橢圓焦點(diǎn)F3位置放置加熱體5，加熱體5外面套有石英玻璃管，其夾層通氬氣，并用絕緣體6將加熱體5與蓋板3和底板4隔開(kāi)；在B橢圓焦點(diǎn)F1位置放置加熱體冷卻管7；在雙橢圓公共焦點(diǎn)F2位置即回轉(zhuǎn)反射器2的縱軸中心空心管內(nèi)放置試件9；回轉(zhuǎn)反射器2為C型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)壁為區(qū)段橢圓柱面，并設(shè)置冷卻內(nèi)腔，冷卻內(nèi)腔接冷卻水管12，回轉(zhuǎn)反射器2的縱軸中心是空心管，其下端與皮帶輪8固聯(lián)，其中心的空心管與固定反射器1鉸鏈連接。
本發(fā)明的有益效果是由于采用了雙橢圓反射面部分重疊光輻射固定反射器和回轉(zhuǎn)反射器結(jié)合，且固定反射器和回轉(zhuǎn)反射器的內(nèi)反射面鍍有銠涂層；以及采取將加熱體置于A橢圓反射面的焦點(diǎn)F3，涂有鎳黑的冷卻管置于B橢圓反射面的焦點(diǎn)F1，被測(cè)熱疲勞試件置于雙橢圓反射面的公共焦點(diǎn)F2等措施，使試件可以快速加熱、快速冷卻。利用本發(fā)明裝置對(duì)3D-C/SiC復(fù)合材料進(jìn)行了熱疲勞試驗(yàn)，試件的熱循環(huán)曲線(xiàn)如圖4所示。30秒內(nèi)可將試件快速加熱到1300℃，用黑體吸收冷卻，在60秒內(nèi)試件的溫度由1300℃降至400℃。經(jīng)測(cè)定，當(dāng)發(fā)熱體的工作溫度達(dá)到1650℃時(shí)，試件溫度可達(dá)1320℃，試件標(biāo)距內(nèi)溫度均勻。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意2是圖1中固定反射器結(jié)構(gòu)主視剖面圖和俯視3是圖1中回轉(zhuǎn)反射器結(jié)構(gòu)剖視放大圖和A-A向剖面4是雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置原理示意5是3D-C/SiC復(fù)合材料試件的熱循環(huán)曲線(xiàn)中，1-固定反射器 2-回轉(zhuǎn)反射器 3-蓋板 4-底板 5-加熱體 6-絕緣體 7-冷卻管8-皮帶輪 9-試件 10-皮帶 11-電機(jī) 12-冷卻管 13-銠涂層 14-調(diào)壓器 F1-B橢圓焦點(diǎn)F2-雙橢圓公共焦點(diǎn) F3-A橢圓焦點(diǎn)具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1～圖5，本發(fā)明包括控制系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、試件樣加載系統(tǒng)和溫度測(cè)量系統(tǒng)，其加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)即溫度熱循環(huán)系統(tǒng)介紹如下雙橢圓反射柱面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置由雙橢圓反射柱面部分重疊光輻射固定反射器1、回轉(zhuǎn)反射器2、固定反射器蓋板3、固定反射器底板4、加熱體5、石棉絕緣體6、涂鎳黑冷卻管7、皮帶輪8、熱疲勞試件9、皮帶10、調(diào)速直流電機(jī)11、冷卻水管12、銠涂層13和可控硅交流調(diào)壓器14構(gòu)成。
雙橢圓反射柱面部分重疊光輻射固定反射器簡(jiǎn)稱(chēng)為固定反射器1，它的結(jié)構(gòu)是雙橢圓反射柱面部分重疊形成。回轉(zhuǎn)反射器2為C型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)壁為區(qū)段橢圓柱面，其設(shè)置的內(nèi)腔可用冷卻水冷卻?；剞D(zhuǎn)反射器2的縱軸中心是空心管，其下端與皮帶輪8固聯(lián)，其中心的空心管與固定反射器1中心鉸鏈連接。固定反射器1、回轉(zhuǎn)反射器2、固定反射器蓋板3和固定反射器底板4等均用黃銅制成，其內(nèi)壁拋光為鏡面，然后鍍一層1μm厚的銠涂層13。鍍有銠膜的反射面的反射效率能達(dá)到83％。加熱體5是加熱試件的熱源，材料為石墨或碳化硅或二硅化鉬。使用石墨加熱體時(shí)，加熱體外面需套上一個(gè)石英玻璃管，其夾層用氬氣保護(hù)，并用絕緣體6將加熱體5與蓋板3和底板4隔開(kāi)。石棉絕緣體6是防止加熱體5與其它零件短路。涂鎳黑銅冷卻管7是紫銅管外壁涂有0.1mm厚鎳黑層的冷卻管。
F1是B橢圓焦點(diǎn)，F(xiàn)3是A橢圓焦點(diǎn)，A、B兩橢圓構(gòu)成固定反射器1雙橢圓反射柱面，F(xiàn)2為雙橢圓反射面的公共焦點(diǎn)，石墨、或碳化硅、或二硅化鉬加熱體5作為發(fā)光熱源位于A橢圓的焦點(diǎn)F3，外表面涂有鎳黑的銅冷卻管7位于B橢圓的焦點(diǎn)F1，被測(cè)熱疲勞試件9位于雙橢圓的公共焦點(diǎn)F2。
固定反射器1、回轉(zhuǎn)反射器2、固定反射器蓋板3、固定反射器底板4聯(lián)合組成反射內(nèi)腔壁。安放固定反射器1后，在固定反射器1上下安放固定反射器蓋板3和固定反射器底板4。然后在A橢圓的焦點(diǎn)F3位置安放加熱體5和石棉絕緣體6，通過(guò)銅導(dǎo)線(xiàn)與可控硅交流調(diào)壓器14連接，涂有鎳黑的銅冷卻管7安放于B橢圓的焦點(diǎn)F1，回轉(zhuǎn)反射器2的中心對(duì)準(zhǔn)雙橢圓的公共焦點(diǎn)F2，在其孔中裝入被測(cè)熱疲勞試件9。固定反射器蓋板3和固定反射器底板4所開(kāi)的三個(gè)孔正好與涂有鎳黑的銅冷卻管7、回轉(zhuǎn)反射器2和加熱體5安裝中對(duì)應(yīng)。在安裝回轉(zhuǎn)反射器2中，還要在其上裝入冷卻水管12，同時(shí)在其下部安裝皮帶輪8，最后用皮帶10與調(diào)速直流電機(jī)11連接。
可控硅交流調(diào)壓器14輸出電壓為8～24v，輸出電流為0～1KA，根據(jù)溫度循環(huán)的最高溫度選擇合適的電流對(duì)加熱體5的兩端供電。
通過(guò)控制調(diào)速直流電機(jī)11的轉(zhuǎn)動(dòng)，即達(dá)到通過(guò)皮帶輪8上的皮帶10控制回轉(zhuǎn)反射器2的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)回轉(zhuǎn)反射器2轉(zhuǎn)動(dòng)至位置“I”時(shí)，回旋反射器2內(nèi)側(cè)壁與固定反射器1右邊的大半個(gè)橢圓構(gòu)成一個(gè)完整橢圓柱面。根據(jù)橢圓的光學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，處于A橢圓焦點(diǎn)F3的加熱體5發(fā)出的光聚焦于雙橢圓公共焦點(diǎn)F2，位于雙橢圓公共焦點(diǎn)F2的被測(cè)熱疲勞試件9被快速加熱。被測(cè)熱疲勞試件9的最高溫度取決于供給加熱體的功率以及反射器的反射效率。當(dāng)被測(cè)熱疲勞試件9加熱至預(yù)先設(shè)定的溫度時(shí)，回轉(zhuǎn)反射器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°至位置“II”時(shí)，回轉(zhuǎn)反射器2內(nèi)壁與左邊橢圓內(nèi)側(cè)壁構(gòu)成一個(gè)完整的橢圓柱面，這時(shí)雙橢圓公共焦點(diǎn)F2處的被測(cè)熱疲勞試件9發(fā)出的光聚焦于B橢圓焦點(diǎn)F1處，B橢圓焦點(diǎn)F1處是通冷卻水的涂鎳黑銅冷卻管7，從而達(dá)到被測(cè)熱疲勞試件9快速冷卻的目的。當(dāng)被測(cè)熱疲勞試件9溫度降至試驗(yàn)設(shè)定的最低溫度時(shí)，回轉(zhuǎn)反射體再次轉(zhuǎn)至位置“I”時(shí)，被測(cè)熱疲勞試件9再一次被加熱，如此反復(fù)進(jìn)行便對(duì)被測(cè)熱疲勞試件形成熱疲勞。
利用本發(fā)明的裝置對(duì)3D-C/SiC復(fù)合材料進(jìn)行了熱疲勞試驗(yàn)，試樣的熱循環(huán)曲線(xiàn)如圖5所示。從圖5中可以看到，30秒內(nèi)可將試樣快速加熱到1300℃，用黑體吸收冷卻，在60秒內(nèi)由1300℃降至400℃。經(jīng)測(cè)定，當(dāng)發(fā)熱體的工作溫度達(dá)到1650℃時(shí)，試樣溫度可達(dá)1320℃，試樣標(biāo)距內(nèi)溫度均勻。
權(quán)利要求
1.一種雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置，包括控制系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、試件樣加載系統(tǒng)和溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括固定反射器(1)和回轉(zhuǎn)反射器(2)；固定反射器(1)由A橢圓和B橢圓反射面部分重疊形成，在A橢圓焦點(diǎn)(F3)位置放置加熱體(5)，加熱體(5)外面套有石英玻璃管，其夾層通氬氣，并用絕緣體(6)將加熱體(5)與蓋板(3)和底板(4)隔開(kāi)；在B橢圓焦點(diǎn)(F1)位置放置加熱體冷卻管(7)；在雙橢圓公共焦點(diǎn)(F2)位置即回轉(zhuǎn)反射器(2)的縱軸中心空心管內(nèi)放置試件(9)；回轉(zhuǎn)反射器(2)為C型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)壁為區(qū)段橢圓柱面，并設(shè)置冷卻內(nèi)腔，冷卻內(nèi)腔接冷卻水管(12)，回轉(zhuǎn)反射器(2)的縱軸中心是空心管，其下端與皮帶輪(8)固聯(lián)，其中心的空心管與固定反射器(1)中心鉸鏈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的加熱體用材料為石墨或碳化硅或二硅化鉬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的冷卻管是外壁涂有鎳黑層的紫銅管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的固定反射器和回轉(zhuǎn)反射器其內(nèi)壁鍍有銠涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙橢圓反射面部分重疊光輻射熱疲勞試驗(yàn)裝置，包括控制系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、試件樣加載系統(tǒng)和溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括固定反射器(1)和回轉(zhuǎn)反射器(2)；固定反射器(1)由A橢圓和B橢圓反射面部分重疊形成，在A橢圓焦點(diǎn)(F
文檔編號(hào)G01N25/00GK1932473SQ20061010450
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者喬生儒, 呂寶桐, 杜雙明, 李玫, 韓棟, 張程煜 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)