高溫及超高溫環(huán)境下彈性模量測試用裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種在高溫及超高溫極端環(huán)境下測試陶瓷等耐高溫材料的彈性 模量的測試用裝置。特別涉及利用缺口環(huán)試件，在針對1000°c以上的高溫及1500°C以上的 超高溫極端環(huán)境、常規(guī)方法無法獲得材料彈性模量的情況下的一種間接評價彈性模量的測 試用裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著新材料和航天航空技術的飛速發(fā)展，對于耐高溫、抗氧化、耐磨損等高溫結(jié)構(gòu) 材料日益增多的需求，如飛行器在大氣中飛行時，其光學窗口及整流罩要求能夠在同空氣 劇烈摩擦而產(chǎn)生的高溫環(huán)境下工作，這就要求相關材料具有足夠的耐高溫性能。而且火箭、 衛(wèi)星、飛行器等的研制過程大多投資數(shù)億元，若因選材不當導致發(fā)射失敗則會造成巨額損 失。因此，在設計極端環(huán)境下工作的超高溫部件時，了解材料在服役條件下的各力學性能參 數(shù)是保障構(gòu)件安全服役的必不可少的基本要求。目前，國內(nèi)外對耐高溫材料在高溫及超高 溫下的一些力學性能評價還缺乏十分有效的方法和技術。而現(xiàn)代高技術和航天工業(yè)的發(fā)展 又急需檢測和評價超高溫材料力學性能的手段。因此，開發(fā)、建立和完善高溫及超高溫等極 端環(huán)境下材料性能的測試方法、表征技術和評價標準，對保障國家航天航空器件的可靠性 和安全設計具有舉足輕重的意義。
[0003]超高溫極端環(huán)境下的彈性模量是高溫力學性能評價體系中不可或缺的一項重要 性能指標，也是當前國內(nèi)外的一個難題。利用高溫及超高溫下的彈性模量并結(jié)合其他力學 性能參數(shù)，可以很好地判斷脆性部件服役的穩(wěn)定性，同時還可進行高溫壽命和高溫變形的 預測。一般來講，脆性材料彈性模量的傳統(tǒng)測試方法有靜態(tài)法和動態(tài)法之分。靜態(tài)法主要 以三點彎曲及四點彎曲測試方法為主，但由于陶瓷彎曲試件的撓度非常小，高溫下實現(xiàn)精 確測量非常地困難，這使得高溫下用該法測得的彈性模量值具有較大誤差；動態(tài)法主要以 共振激勵及超聲波測試方法為主，但由于高溫支承條件的限制和高溫下振動響應的獲取非 常困難，動態(tài)法測量耐高溫陶瓷材料的彈性模量的最高溫度無法超過1500°C。
[0004] 理論和實驗都表明，在相同載荷下，橫截面相似的缺口環(huán)試樣的位移量比彎曲梁 試樣要大得多，這就方便了變形的精確測試。
[0005]包亦望等人提出了一種評價圓環(huán)或圓管狀脆性材料彈性模量和強度的方法（簡 稱缺口環(huán)法），并推導出了彈性模量的計算公式（詳見專利號：ZL201010544550. 1)，即：
【主權(quán)項】
1. 一種高溫及超高溫環(huán)境下彈性模量測試用裝置，其特征在于，包括：開有缺口的圓 環(huán)狀的缺口環(huán)試件和十字槽夾具， 所述十字槽夾具包括：基臺和半圓柱狀的止動輥， 所述基臺為柱體平臺，在其上表面加工有兩條相互正交的十字型水平槽， 所述缺口環(huán)試件豎直嵌入所述基臺的一條水平槽中，所述缺口在所述缺口環(huán)試件的豎 直高度方向上位于該豎直高度的一半的位置， 所述止動輥以其曲面與所述缺口環(huán)試件接觸的方式放置于所述缺口環(huán)試件上、并嵌入 所述基臺的另一條水平槽中，所述止動輥的長度大于所述水平槽的寬度。
2. 如權(quán)利要求1所述的高溫及超高溫環(huán)境下彈性模量測試用裝置，其特征在于：所述 缺口環(huán)試件的缺口的長度為所述缺口環(huán)試件內(nèi)徑長度的四分之一。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高溫及超高溫環(huán)境下彈性模量測試用裝置，其特征在于： 所述缺口環(huán)試件的寬度為6?8_。
4. 如權(quán)利要求3所述的高溫及超高溫環(huán)境下彈性模量測試用裝置，其特征在于：所述 缺口環(huán)試件經(jīng)打磨倒角處理。
5. 如權(quán)利要求4所述的高溫及超高溫環(huán)境下彈性模量測試用裝置，其特征在于：所述 十字槽夾具，在高溫大氣環(huán)境下采用碳化硅材料，在超高溫真空環(huán)境下采用石墨材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的高溫及超高溫環(huán)境下彈性模量測試用裝置，其特征在于：所述 十字型水平槽的底面平整并且光滑。
【專利摘要】本實用新型提供一種在高溫及超高溫極端環(huán)境下測試彈性模量的測試用裝置，包括開有缺口的圓環(huán)狀的缺口環(huán)試件、具有基臺和半圓柱狀的止動輥十字槽夾具，基臺為柱體平臺，在其上表面加工有兩條相互正交的十字型水平槽，缺口環(huán)試件豎直嵌入基臺的一條水平槽中，該缺口在缺口環(huán)試件的豎直高度方向上位于該豎直高度的一半的位置，止動輥以其曲面與缺口環(huán)試件接觸的方式放置于缺口環(huán)試件上、并嵌入基臺的另一條水平槽中，止動輥的長度大于所述水平槽的寬度。本實用新型的測試用裝置解決了缺口環(huán)試件在高溫及超高溫爐中的定位問題，使得高溫及超高溫環(huán)境下的彈性模量測試得到可靠保證，對航天航空以及耐火材料等的結(jié)構(gòu)設計和安全評價具有重要的意義。
【IPC分類】G01N3-18, G01N3-04
【公開號】CN204302112
【申請?zhí)枴緾N201420760972
【發(fā)明人】包亦望, 劉釗, 萬德田
【申請人】中國建材檢驗認證集團股份有限公司, 中國建筑材料科學研究總院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月4日