一種用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光測力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超高溫陶瓷、C/C、C/SiC等先進(jìn)熱結(jié)構(gòu)材料日新月異的發(fā)展，這些新型復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用潛力愈發(fā)凸顯，同時輕質(zhì)、高效的飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)與高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)設(shè)計也需要高溫測試技術(shù)作為保障，若對真實服役環(huán)境下的材料與結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崃憫?yīng)不明確，則會給飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)與高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來極大的盲目性。
[0003]目前針對于該類新型材料體系材料的高溫力學(xué)性能測試技術(shù)，主要選用非接觸式的光測力學(xué)方法。數(shù)字圖像相關(guān)方法就是一種應(yīng)用非常廣泛的非接觸式變形測量方法，與其他變形測量方法相比，它在高溫試驗測試中具有獨特的優(yōu)勢。同時，隨著近些年光學(xué)與數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的測量精度與使用范圍都得到了飛速的發(fā)展。數(shù)字圖像相關(guān)方法的原理是自動匹配追蹤被測材料表面各特征點的位移信息，從而進(jìn)一步分析處理得到被測區(qū)域的全局變形/應(yīng)變數(shù)據(jù)，這些特征點在圖像采集中主要體現(xiàn)在灰度值的變化，因此對于表面沒有明顯特征點的材料，我們需要人為的制作一些散斑特征點，以滿足測量方法的要求。
[0004]然而，高溫實驗中試件可能要承受兩千度以上的高溫，室溫所用的啞光漆在如此高的溫度下會發(fā)生脫落、融化及揮發(fā)等現(xiàn)象，已不能滿足要求。高溫散斑需要滿足以下技術(shù)條件:(1)可以承受足夠高的溫度；(2)與材料表面有足夠的附著力，高溫下不會脫落；(3)保證與材料同步變形。
[0005]謝惠民等(申請公布號CN101240996A)在電子束曝光機所提供環(huán)境下，制作出一種密度、深度、尺寸可變的散斑，用于高溫環(huán)境下材料的微觀變形行為研究，但是該方法制作過程較為復(fù)雜，包括鍍膜、甩膠、調(diào)整曝光、顯影、定影，而且曝光時間很難調(diào)整，成本較高，方法不易進(jìn)行推廣。馮雪等(申請公布號CN101850426A)發(fā)明了一種利用化學(xué)反應(yīng)在材料表面制作高溫散斑的方法，該方法將被測試樣放入配制的反應(yīng)溶液中，然后給予特定反應(yīng)溫度環(huán)境，直至試樣表面生成銀質(zhì)散斑，該散斑可耐900°C左右的溫度，無法滿足更高溫度試驗的需求。潘兵等(申請公布號CN101905210A)發(fā)展了一種用于高溫環(huán)境變形測量的散斑制作方法，將氧化鈷粉末按一定的比例與稀釋后的高溫?zé)o機膠液體組分混合，然后用毛刷隨機點涂或噴濺到試樣表面，經(jīng)干燥固化即可得到散斑，該散斑適用于室溫至1200°C的溫度范圍，與無機高溫膠耐溫能力相關(guān)，無法突破更高溫度。謝惠民等(申請公布號N102445158A)公布了一種制作高溫散斑的方法，這種方法是通過打印設(shè)備將優(yōu)化制作好的散斑圖打印到聚氯乙烯模板上，然后利用光刻刻蝕技術(shù)在試樣表面刻制散斑。此方法制作過程繁瑣，制作周期長，成本較高，不易推廣。劉戰(zhàn)偉(CN102679899A)公開了用于界面高溫變形測量的微尺度散斑制作方法，該方法利用噴霧瓶將混合后的黑白兩種耐高溫粉末噴涂在試樣表面，形成隨機散斑。該方法由于粉末顆粒很小，只適用于微觀尺度的測量試驗，散斑最高溫度為1100°c。毛衛(wèi)國等(CN103792117A)公開了制備適用于高溫環(huán)境散斑的方法，該方法是將待測試樣放入制備好的氫氧化鐵膠體中，通過加熱使氫氧化鐵膠體分解，生成氧化銻沉積在試樣表面形成散斑。這種方法制作的散斑尺寸非常微小，且尺寸不可調(diào)控，適用于微尺度試驗，試驗溫度不超過氧化鐵熔點1566°C。
[0006]針對于上述各種高溫散斑制作方法的局限性，本發(fā)明提供了一種可承受更高溫度，且制作工序簡潔，成本較低，使用范圍廣的高溫散斑制作方法，為更高溫度下熱結(jié)構(gòu)材料的變形測試提供了技術(shù)支持。
[0007]因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在對可承受更高溫度、制作工序簡潔、成本低、使用范圍廣的高溫散斑制作技術(shù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實施例提供了一種用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法，可適用于高溫環(huán)境，制作工序簡潔，低成本，使用范圍廣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法包括:
[0010]S1、將以氧化鋁為集料的陶瓷粉末和液體結(jié)合劑按照質(zhì)量比3:1混合，并對混合得到的混合液進(jìn)行均勻處理；
[0011]S2、將均勻處理后的混合液噴涂在被測試樣表面；
[0012]S3、對噴涂混合液的被測試樣進(jìn)行干燥處理，在被測試樣的表面得到散斑。
[0013]優(yōu)選地，所述陶瓷粉末為氧化鋁粉末。
[0014]優(yōu)選地，所述對混合得到的混合液進(jìn)行均勻處理具體為:采用超聲波清洗機對混合得到的混合液進(jìn)行均勻處理，所述超聲波清洗機的頻率為:20kHz，進(jìn)行均勻處理的時間不小于20min。
[0015]優(yōu)選地，在步驟S2之前進(jìn)一步包括:S0、對所述被測試樣的表面進(jìn)行清洗和打磨處理。
[0016]優(yōu)選地，步驟SO具體為:清洗所述被測試樣后，使用砂紙打磨所述被測試樣的表面，并采用酒精清除所述被測試樣表面的雜質(zhì)。
[0017]優(yōu)選地，在步驟SO之前進(jìn)一步包括:根據(jù)所述測試實驗對散斑尺寸的要求，確定所述砂紙的類型和型號。
[0018]優(yōu)選地，步驟S2具體為:使用毛刷蘸取所述均勻處理后的混合液朝所述被測試樣的表面彈濺，直到形成滿足要求的斑點。
[0019]優(yōu)選地，在步驟S2之前進(jìn)一步包括:根據(jù)所述測試實驗對散斑尺寸的要求確定毛刷的粗細(xì)和密集程度，所述散斑的尺寸越小，所述毛刷越細(xì)密。
[0020]優(yōu)選地，所述對噴涂混合液的被測試樣進(jìn)行干燥處理具體為:將噴涂好的所述被測試樣在室溫下自然干燥2小時，然后放入真空干燥箱中加熱2小時，所述真空干燥箱的真空度不大于50Pa，溫度為100°C。
[0021]優(yōu)選地，所述被測試樣為碳/碳復(fù)合材料，并采用四向編織形式，每層由三束纖維束互成120°角鋪設(shè)編織而成，層間方向設(shè)置有粗纖維。
[0022]優(yōu)選地，所述被測試樣的成分包括ZrB2、SiC和石墨，并且ZrB2、SiC和石墨的體積比為 13:4:3。
[0023]優(yōu)選地，所述被測試樣為高強石墨。
[0024]優(yōu)選地，步驟SI具體為:
[0025]利用電子秤稱取30克氧化鋁粉體和10克液體結(jié)合劑放入燒杯攪拌均勻，然后將燒杯放入超聲波清洗機中進(jìn)行分散處理，10分鐘后取出；
[0026]步驟S2具體為:
[0027]分別采用800目和1000目的砂紙打磨所述被測試樣的表面，然后用棉簽蘸取酒精清洗被測試樣表面的雜質(zhì)，于溫下放置室晾干；
[0028]使用0.5寸的毛刷蘸取適量制備好的混合液朝著所述被測試樣的表面輕輕撥動，直至所述被測試樣的表面出現(xiàn)滿足要求的散斑；
[0029]步驟S3具體為:
[0030]將噴涂混合液的所述被測試樣水平放置在室溫下2小時，使其自然干燥，然后放入100°C的真空干燥箱中加熱2小時，取出自然冷卻。
[0031]本發(fā)明實施例的用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法，包括:將以氧化鋁為集料的陶瓷粉末和液體結(jié)合劑按照質(zhì)量比3:1混合，并對混合得到的混合液進(jìn)行均勻處理；將均勻處理后的混合液噴涂在被測試樣表面；對噴涂混合液的被測試樣進(jìn)行干燥處理，在被測試樣表面得到散斑。本發(fā)明的制作方法，通過選擇以氧化鋁為集料的陶瓷粉末和液體結(jié)合劑配制混合液，原料來源廣、成本低，工序簡潔、無需高精度高要求的器具和設(shè)備，此外，由于氧化鋁的熔點非常高，因此根據(jù)本發(fā)明制作的散斑在高溫環(huán)境下穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0032]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法的流程圖。
[0033]圖2為使用本發(fā)明的制作方法在碳纖維復(fù)合材料表面制作的高溫散斑圖。
[0034]圖3為使用本發(fā)明的制作方法在超高溫陶瓷表面制作的高溫散斑圖。
[0035]圖4為使用本發(fā)明的制作方法在高強石墨表面制作的高溫散斑圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。
[0037]高溫散斑需要滿足以下技術(shù)條件:(I)可以承受足夠高的溫度；(2)與材料表面有足夠的附著力，高溫下不會脫落；(3)保證與材料同步變形?，F(xiàn)有技術(shù)中的散斑制作方法，要么無法承受更高的溫度，要么制作工序復(fù)雜，要么成本高，還有些制作方法由于制作周期長或者需要借助高精度高要求的器具和設(shè)備，因此不便于推廣使用。
[0038]本發(fā)明通過采用價格低廉低、原料來源廣的氧化鋁和液體結(jié)合劑作為原料制作散斑，降低散斑的制作成本，并簡化散斑的制作工序；通過采用氧化鋁作為原料，提高制作的散斑的高溫穩(wěn)定性。
[0039]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案。為了應(yīng)對高溫散斑的制作工序繁瑣、成本較高、且適用溫度范圍較小等問題，本發(fā)明提供了一種用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法的實施例，如圖1所示。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于高溫變形測試實驗的散斑的制作方法的流程起始于步驟SI O
[0041]在步驟SI中，選擇以氧化鋁為集料的陶瓷粉末和液體結(jié)合劑作為原料。由于這兩種原料價格低廉、來源廣，因此能大大降低高溫散斑的制作成本。氧化鋁的熔點為2054°C，能夠在較高的溫度下保持穩(wěn)定，并且耐氧化，因此采用氧化鋁作為原料，提高制作的散斑的高溫穩(wěn)