一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱。它包括密封爐（10）和加熱爐（9），加熱爐（9）由加熱爐底座（13）支撐在密封爐（10）內(nèi)底面上，密封爐（10）頂部裝有氣缸（1），與氣缸活塞連接的氣缸活動桿（2）伸入密封爐（10）頂部中心孔內(nèi)連接試件夾持機構(gòu)（5），密封爐（10）內(nèi)頂面裝有豎直向下的導(dǎo)向絲（8），導(dǎo)向絲（8）下端穿過加熱爐（9）頂孔系在加熱爐（9）內(nèi)的支架（12）上，支架（12）上面安放有緩沖墊（11），加熱爐（9）頂孔中塞有隔熱的碳毯片（14）。本發(fā)明的技術(shù)效果是：在陶瓷材料的抗熱沖擊性能的測試中，陶瓷試件的表面加熱均勻，能精確地控制熱沖擊的目標溫度，測試數(shù)據(jù)能夠準確表征陶瓷材料的抗熱沖擊性能。
【專利說明】一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度沖擊試驗裝置，具體涉及一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷材料因其熔點高，且在高溫下具有很好的化學及物理穩(wěn)定性等優(yōu)異性能而被廣泛應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，如超高音速飛行器的熱防護材料及發(fā)動機的熱端等。但是，陶瓷材料因為本身的脆性，其抗熱震性能較差。對于應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，尤其是在航空航天領(lǐng)域，其在使用環(huán)境中往往因遭受劇烈的升溫熱沖擊而發(fā)生破壞。因此，研宄陶瓷材料的抗熱沖擊性能就顯得十分必要和重要。
[0003]目前，對于陶瓷材料的抗熱沖擊性能的測試方法主要包括氫氧噴射加熱、電弧噴射加熱、電加熱、氧乙炔火焰加熱、激光加熱及電弧風洞等。其中，氫氧噴射加熱、電弧噴射加熱、電加熱及氧乙炔火焰加熱因低成本及易操作性等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。激光加熱因其加熱面積非常小而常不被采用。而電弧風洞因其成本極高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜限制了其應(yīng)用。但是，利用上述常用方法進行陶瓷材料的升溫熱沖擊時會存在下述問題:
1、試件表面加熱不均勻:加熱過程中，試件表面幾何中心部位先急劇升溫，導(dǎo)致試件表面溫度分布極不均勻；
2、由于試件表面溫度分布不均勻，難以直接確定試件表面溫度；
3、熱沖擊目標溫度難以控制。
[0004]以上問題使試驗過程中會出現(xiàn)很大的分散性及誤差，導(dǎo)致實驗結(jié)果不能表征陶瓷材料的抗熱沖擊性能。因此，目前還沒一種實用、可靠的測試陶瓷材料升溫抗熱沖擊性能的
目.ο


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱，它能夠?qū)嵤?000°C溫度下陶瓷試件的升溫熱沖擊試驗，且陶瓷試件在遭受熱沖擊過程中表面加熱均勻，能精確控制熱沖擊的目標溫度。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，它包括密封爐和加熱爐，加熱爐由加熱爐底座支撐在密封爐內(nèi)底面上，密封爐頂部裝有氣缸，與氣缸活塞連接的氣缸活動桿伸入密封爐頂部中心孔內(nèi)連接試件夾持機構(gòu)，密封爐內(nèi)頂面裝有豎直向下的導(dǎo)向絲，導(dǎo)向絲下端穿過加熱爐頂孔系在加熱爐內(nèi)的支架上，支架上面安放有緩沖墊，加熱爐頂孔中塞有隔熱的碳毯片。
[0007]由于加熱爐預(yù)先升溫至熱沖擊的目標溫度，由試件夾持機構(gòu)夾持的試件從低溫的密封爐瞬間落入加熱爐內(nèi)高溫環(huán)境中，能保持陶瓷試件各表面加熱均勻，且加熱爐的溫度為預(yù)先設(shè)定，能夠精確控制試件的熱沖擊溫度。
[0008]所以本發(fā)明的技術(shù)效果是:在陶瓷材料的抗熱沖擊性能的測試中，陶瓷試件的表面加熱均勻，能精確地控制熱沖擊的目標溫度，測試數(shù)據(jù)能夠準確表征陶瓷材料的抗熱沖擊性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]本發(fā)明的【專利附圖】

【附圖說明】如下:
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中A處的局部放大圖；
圖3為本發(fā)明的外圍結(jié)構(gòu)框圖。
[0010]圖中:1、氣缸，2、氣缸活動桿，4、螺旋彈簧，5、試件夾持機構(gòu)，6、試件，7、套環(huán)，8、導(dǎo)向絲，9、加熱爐，10、密封爐，11、緩沖墊，12、支架，13、加熱爐底座，14、碳毯片。

【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括密封爐10和加熱爐9，加熱爐9由加熱爐底座13支撐在密封爐10內(nèi)底面上，密封爐10頂部裝有氣缸I，與氣缸活塞連接的氣缸活動桿2伸入密封爐10頂部中心孔內(nèi)連接試件夾持機構(gòu)5，密封爐10內(nèi)頂面裝有豎直向下的導(dǎo)向絲8，導(dǎo)向絲8下端穿過加熱爐9頂孔系在加熱爐9內(nèi)的支架12上，支架12上面安放有緩沖墊11，加熱爐9頂孔中塞有隔熱的碳毯片14。
[0012]試件夾持機構(gòu)5為彈簧鉗；加熱爐9為感應(yīng)加熱爐，加熱爐9的發(fā)熱體為圓筒形石墨或硼化鋯陶瓷，發(fā)熱體外表面纏繞導(dǎo)電金屬絲。導(dǎo)電金屬絲兩端頭伸出密封爐10連接高頻電源。所述的導(dǎo)電金屬絲可為銅絲或鋁絲。加熱爐9是利用高頻感應(yīng)使耐高溫的圓筒形導(dǎo)電材料(如石墨或硼化鋯陶瓷)發(fā)熱，發(fā)熱體內(nèi)腔溫度能夠達到2000°C。
[0013]在加熱爐9內(nèi)的溫度達到2000°C時，而密封爐10內(nèi)的溫度跟常溫接近，所以加熱爐9內(nèi)放置的部件具有耐高溫性能，導(dǎo)向絲8選用鎢絲；緩沖墊11的材料為碳毯。
[0014]如圖1所示，使用本發(fā)明時，在試件6上系上套環(huán)7，將套環(huán)7貫套在導(dǎo)向絲8上，試件夾持機構(gòu)5夾住試件6，試件6的夾持過程為:當氣缸活動桿2向上運動時，試件夾持機構(gòu)5的鉗口受密封爐10頂部中心孔的限制而夾緊試件6 ;
啟動加熱系統(tǒng)，加熱爐9的爐膛進行加熱；加熱爐9的爐膛溫度達到目標溫度后，進行保溫，保溫時間根據(jù)試驗要求而定；
松開被夾持的試件6，其過程是:當氣缸活動桿2向下運動時，試件夾持機構(gòu)5的鉗口受螺旋彈簧4的軸向力作用而張開，松開試件6 ;試件6由套環(huán)7沿導(dǎo)向絲8滑落，砸開加熱爐9頂部孔的碳毯片14，落在加熱爐9內(nèi)置的緩沖墊11上。試件6在加熱爐9內(nèi)進行保溫，保溫時間根據(jù)試驗要求而定；最后，停止加熱，冷卻后取出試件6進行后續(xù)力學實驗。
[0015]如圖3所示，本發(fā)明的外圍連接有加熱系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和計算機控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)對試驗箱溫度和氣壓信號的采集以及對溫度和壓力的控制。加熱系統(tǒng)控制加熱爐9的加熱，測溫系統(tǒng)的溫度傳感器為帶陶瓷保護管的鎢錸式熱電偶，在2000°C時可正常工作；爐內(nèi)溫度也可采用比色高溫計測量，其具有目視光學瞄準系統(tǒng)，焦距可調(diào)節(jié)，高精度，高重復(fù)性的接受目標的熱輻射，并將其轉(zhuǎn)換為可測量的電信號，測量溫度可達2000°C ο冷卻系統(tǒng)可連接自來水進行水冷，或是連接水冷機進行水冷。根據(jù)試驗要求，啟動抽真空系統(tǒng)，對密封爐10進行抽真空，抽真空系統(tǒng)包括機械泵及擴散泵，通過抽真空系統(tǒng)可使爐內(nèi)真空度達到10_2Pa。按照試驗環(huán)境要求，需要充氣時，先抽真空，再對密封爐10內(nèi)進行充氣，充氣系統(tǒng)包括儲氣罐及充氣管，打開充氣管上的開關(guān)即可往爐體內(nèi)充氣，充氣系統(tǒng)充的氣體可為氬氣等惰性氣體或氧氣等。
[0016]本發(fā)明實現(xiàn)了溫度為2000°C，真空、保護氣體及有氧熱環(huán)境下的升溫熱沖擊試驗。使用本發(fā)明進行試驗，陶瓷試件在遭受熱沖擊過程中表面加熱均勻，同時能精確控制熱沖擊的目標溫度，由此解決了目前對于陶瓷材料升溫熱沖擊試驗中存在的試件表面加熱極不均勻以及目標溫度難以控制的問題。
【權(quán)利要求】
1.一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱，其特征是:包括密封爐(10)和加熱爐(9)，加熱爐(9)由加熱爐底座(13)支撐在密封爐(10)內(nèi)底面上，密封爐(10)頂部裝有氣缸(1)，與氣缸活塞連接的氣缸活動桿(2)伸入密封爐(10)頂部中心孔內(nèi)連接試件夾持機構(gòu)(5)，密封爐(10)內(nèi)頂面裝有豎直向下的導(dǎo)向絲(8)，導(dǎo)向絲(8)下端穿過加熱爐(9)頂孔系在加熱爐(9)內(nèi)的支架(12)上，支架(12)上面安放有緩沖墊(11)，加熱爐(9)頂孔中塞有隔熱的碳毯片(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱，其特征是:所述的試件夾持機構(gòu)(5)為彈簧鉗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱，其特征是:所述的加熱爐(9)為感應(yīng)加熱爐，加熱爐(9)的發(fā)熱體為圓筒形石墨或硼化鋯陶瓷，發(fā)熱體外表面纏繞導(dǎo)電金屬絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱，其特征是:所述的導(dǎo)向絲(8)為鎢絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于陶瓷材料升溫熱沖擊的試驗箱，其特征是:所述的緩沖墊(11)為碳越。
【文檔編號】G01N3/60GK104483224SQ201510018489
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月14日
【發(fā)明者】王如轉(zhuǎn), 李衛(wèi)國, 李定玉, 成天寶, 麻建坐, 張曦蓓, 李博, 姚靜宇, 方岱寧 申請人:重慶大學