专利名称：小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及非金属材料的静态压缩力学性能测试系统，特别涉及室温-77K任意温度点的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统。
背景技术：
目前，大尺寸非金属材料力学性能的高温和低温的测试系统比较完备，小尺寸(小于Imm)非金属材料的压缩力学测试系统多存在于室温的测试环境。鉴于一些特殊非金属材料的数量较少、价格昂贵、不容易采取普通的静态力学性能测试方法，如何获得这些非金属材料的静态力学性能，特别是在低温条件下的静态力学性能是一个急需解决的问题。国内目前还没有报道小尺寸非金属材料的低温压缩力学性能的测试系统。因次，研制适合小尺寸非金属材料的从室温-77K能实现连续控温的静态压缩力学测试装置显得尤为迫切。
发明内容
本发明目的在于提供一种适合从室温-77K的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其具有较宽的温度范围；试验区域控温精确；适用于小尺寸非金属材料(球形、柱形或方形等)的压缩力学性能测试；测试及安装方便。本发明的技术方案如下:本发明提供的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其由不锈钢杜瓦压缩测试系统I与温控系统2组成；所述不锈钢杜瓦压缩测试系统I由不锈钢杜瓦筒系统110和压缩测试系统111组成:所述不锈钢杜瓦筒系统110由三层不锈钢筒套装而成；外层不锈钢筒10与中间层不锈钢筒11之间为绝热真空层；中间层不锈钢筒11与内层不锈钢筒13之间为贮存液氮的中空夹层；所述不锈钢杜瓦筒系统110上部侧壁上设有水平贯穿外层不锈钢筒10和中间层不锈钢筒11的输液端口管13和排液端口管14，所述输液端口管13通过输液管路33与液氮杜瓦容器32相连通；所述不锈钢杜瓦筒系统110上端口盖有圆盘形泡沫绝热盖15 ；所述压缩测试系统111结构由:位于所述内层不锈钢筒13内的筒内压缩组件、一个杠杆千分尺22和一套加载砝码23组成；所述筒内压缩组件组成如下:放置在内层不锈钢筒13内底面上的导热紫铜盘20 ；置于所述导热紫铜盘20上表面上的压缩盘25和一个上部带有直径为2-3cm圆形砝码盘的压缩杆21 ;所述压缩盘25上表面中心处设有供安放待测材料的凹槽；一与氮气源相连通的氮气通气管29穿过所述圆盘形泡沫绝热盖15伸入至所述内层不锈钢筒13底部；一穿过所述圆盘形泡沫绝热盖15与内层不锈钢筒13的所述导热紫铜盘20相连的压缩盘提杆29 ；分别带有立柱和水平支撑柱的第一铁架台24和第二铁架台241，所述立柱分别由下端固定装置固定使其呈垂向立柱状；所述第一铁架台24的水平支撑柱一端与所述第一铁架台24的立柱固定连接，所述第一铁架台24的水平支撑柱另一端带有一垂向通孔，所述压缩杆21下端穿过该垂向通孔位于所述压缩盘25上端面上方；所述压缩杆21与所述垂向通孔滑动配合；所述第二铁架台241的水平支撑柱一端与所述第二铁架台241的立柱固定连接，所述第二铁架台24的水平支撑柱另一端固定连接所述杠杆千分尺22 ;所述杠杆千分尺22的测量端头与所述压缩杆21的圆形砝码盘下端面的侧边相接触；所述温控系统2由固定在压缩盘25上的热电偶温度计30和温度控制器组成，所述温度控制器显示热电偶温度计30所处环境的温度。所述的压缩盘25上表面中心处的凹槽为方形凹槽、球形凹槽或柱形凹槽。所述压缩杆21的圆形砝码盘之下的上部圆柱杆直径大于下部压缩端头直径。所述的氮气输气管29插入内层不锈钢筒13的末端为不锈钢圆管。所述液氮杜瓦容器32为具有自增压功能的液氮杜瓦容器。放置在内层不锈钢筒13内底面上的导热紫铜盘20中心处的压缩盘25为一水平放置的直径为2-3cm扁圆柱形压缩盘；压缩盘的圆周边缘有2-4个螺纹通孔，螺钉通过螺纹孔把压缩盘固定在导热紫铜盘20中心；压缩盘的圆心根据待测材料尺寸的不同设有一定深度方形、球形或柱形凹槽；导热紫铜盘20的圆周边缘处以圆心为对称点设有两个螺纹通孔；用以提升导热紫铜盘20上、下移动的压缩盘提杆29固定在一个螺纹通孔内；所述压缩杆21是一个具有一定长度、上端部带有直径为2-3cm的薄圆盘形砝码盘的柱状结构；所述压缩杆21柱状结构与破码盘连接的部分为一定长度,直径为6-8_柱体，其下部为一定长度，直径为3-5mm的柱体；压缩杆21上端部的薄圆盘形水平砝码盘与压缩杆21的下端压缩表面保持严格水平；本发明提供的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统具有以下优
占-
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1、适用于宽的温度范围(室温一77K)；2、适用于非金属材料小尺寸的压缩力学性能测试；3、可以实现精确控温，整个测试区域温度梯度小；4、适用于多种形状非金属材料的静态压缩力学性能测试；5、安装方便。
图1为本发明的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统结构示意图；图2为不锈钢杜瓦容器结构示意图； 图3为压缩杆结构示意图。
具体实施例方式下面通过附图及实施例进一步描述本发明:图1为本发明的结构示意图；图2为不锈钢杜瓦容器结构示意图；图3为压缩杆结构示意图。由图可知，本发明的用于室温-77K的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其由不锈钢杜瓦压缩测试系统I和温控系统2组成；所述不锈钢杜瓦压缩测试系统I包括:一不锈钢杜瓦筒系统110与一套压缩测试组件111组成；所述不锈钢杜瓦筒系统110是一个由3层不锈钢筒套装而成；外层不锈钢筒10与中层不锈钢筒11之间为真空绝热层；内层不锈钢筒12与中层不锈钢筒11之间设一距离为2-3cm的空心夹层；在不锈钢杜瓦筒系统110的上端部一定高度处设有水平贯穿外层不锈钢筒10和中层不锈钢筒11的输液端口管13和排液端口管14 ;所述输液端口管13和排液端口管14以其所在水平圆周中心为对称点对称分布；在不锈钢杜瓦筒系统110上端开口处盖有一圆盘形泡沫绝热盖15 ；所述压缩测试系统组件111包括:一个水平放置在内层不锈钢筒12内底面上的导热紫铜盘20 ;—个顶端带有直径为2-3cm的薄圆形砝码盘的压缩杆21 个杠杆千分尺22 ;—套加载砝码23 ;分别固定压缩杆21与杠杆千分尺22的第一铁架台24和第二铁架台241 ;导热紫铜盘20上表面中心处设有一水平放置的直径为2-3cm扁圆柱形压缩盘25 ;压缩盘25的圆周边缘有2_4个螺纹通孔26，螺钉通过螺纹孔26把压缩盘25固定在导热紫铜盘20上表面；压缩盘25的圆心根据材料测试尺寸的不同设有一定深度方形、球形或柱形凹槽27 ;导热紫铜盘20的圆周边缘处以圆心为对称点设有两个螺纹通孔28 ;用以提升导热紫铜盘20上、下移动的提杆29固定在一个螺纹通孔28内；所述压缩杆21是一个具有一定长度、上端部带有直径为2-3cm的薄圆盘形砝码盘的柱状结构；所述压缩杆21柱状结构与砝码盘连接的部分为一定长度，直径为6-8mm柱体,其下部为一定长度,直径为3_5mm的柱体；压缩杆21上端部的薄圆盘形砝码盘与压缩杆21的下端压缩表面保持严格水平；固定压缩杆21的铁架台24上有一个与压缩杆21动配合用来固定压缩杆21的固定套圈210 ；所述温控系统2包括:固定在压缩盘25上的热电偶温度计30 ;固定在压缩盘提杆29上的氮气通气管路31 ;一个具有自增压功能的液氮杜瓦容器32 ;所述液氮杜瓦容器32通过输液管33与不锈钢杜瓦容器2的输液端口管13连接；本发明的不锈钢杜瓦容器系统110、压缩盘25及固定套圈210为不锈钢及低温钢材料；压缩杆21及加载砝码23为铝合金材料。试验时，将本发明的不锈钢杜瓦筒系统110的输液端口管13通过输液管33与液氮杜瓦容器32连接；压缩盘25通过螺钉固定在导热紫铜盘20上，热电偶30固定在压缩盘25的测试区；提杆29固定在导热紫铜盘20的螺纹孔26内；把待测试样3放置在压缩盘25中心的凹槽27内；通过提杆29把装好试样3的导热紫铜盘20水平放置到不锈钢杜瓦筒110的内层不锈钢筒12底部；把压缩杆21穿过固定套圈210固定在铁架台24上，调节铁架台24的高度使压缩杆21的下端面刚好与试样3接触并保持压缩杆21上端部砝码盘保持水平；固定在另一铁架台24上的杠杆千分尺22的杠杆端头紧贴在砝码盘的下端面；氮气通气管路31通过提杆29固定在压缩盘25附近，调节氮气的流量排空不锈钢筒系统110的内层不锈钢筒12内的空气；圆盘形泡沫绝热盖15覆盖在不锈钢杜瓦筒系统110的上端开口处；调节液氮杜瓦容器32内压力，通过输液管33把液氮输入不锈钢杜瓦筒系统110的中间层不锈钢筒11与内层不锈钢筒12的夹层内；调节氮气的流量控制不锈钢杜瓦筒系统110的内层不锈钢筒12内的温度达到待测试的温度；把加载砝码23逐个放置在压缩杆21上端部的砝码盘上实现载荷加载，杠杆千分尺22记录压缩位移的变化；整个压缩力学测试均在密闭的不锈钢杜瓦筒系统110的内层不锈钢筒12内完成。
权利要求
1.一种小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其由不锈钢杜瓦压缩测试系统(I)与温控系统(2 )组成； 所述不锈钢杜瓦压缩测试系统(I)由不锈钢杜瓦筒系统(110)和压缩测试系统(111)组成:所述不锈钢杜瓦筒系统(110)由三层不锈钢筒套装而成；外层不锈钢筒(10)与中间层不锈钢筒(11)之间为绝热真空层；中间层不锈钢筒(11)与内层不锈钢筒(13)之间为贮存液氮的中空夹层；所述不锈钢杜瓦筒系统(110)上部侧壁上设有水平贯穿外层不锈钢筒(10)和中间层不锈钢筒(11)的输液端口管(13)和排液端口管(14)，所述输液端口管(13)通过输液管路(33)与液氮杜瓦容器(32)相连通；所述不锈钢杜瓦筒系统(110)上端口盖有圆盘形泡沫绝热盖(15)； 所述压缩测试系统(111)结构由位于所述内层不锈钢筒(13)内的筒内压缩组件、一个杠杆千分尺(22)和一套加载砝码(23)组成； 所述筒内压缩组件组成如下: 放置在内层不锈钢筒(13)内底面上的导热紫铜盘(20)； 置于所述导热紫铜盘(20)上表面上的压缩盘(25)和一个上部带有直径为2-3cm圆形砝码盘的压缩杆(21);所述压缩盘(25)上表面中心处设有供安放待测材料的凹槽； 一与氮气源相连通的氮气通气管(29)穿过所述圆盘形泡沫绝热盖(15)伸入至所述内层不锈钢筒(13)底部；一穿过所述圆盘形泡沫绝热盖(15)与所述导热紫铜盘(20)相连的压缩盘提杆(29)；分别带有立柱和水平支撑柱的第一铁架台(24)和第二铁架台(241)，所述立柱分别由下端固定装置固定使其呈垂向立柱状；所述第一铁架台(24)的水平支撑柱一端与所述第一铁架台(24)的立柱固定连接，所述第一铁架台(24)的水平支撑柱另一端带有一垂向通孔，所述压缩杆(21)下端穿过该垂向通孔位于所述压缩盘(25)上端面上方；所述压缩杆(21)与所述垂向通孔滑动配合； 所述第二铁架台(241)的水平支撑柱一端与所述第二铁架台(241)的立柱固定连接，所述第二铁架台(241)的水平支撑柱另一端固定连接所述杠杆千分尺(22);所述杠杆千分尺(22)的测量端头与所述压缩杆(21)的圆形砝码盘下端面的侧边相接触； 所述温控系统(2 )由固定在压缩盘(25 )上的热电偶温度计(30 )和温度控制器组成，所述温度控制器显示热电偶温度计(30)所处环境的温度。
2.按权利要求1所述的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其特征在于，所述的压缩盘(25)上表面中心处的凹槽为方形凹槽、球形凹槽或柱形凹槽。
3.按权利要求1所述的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其特征在于，所述压缩杆(21)的圆形砝码盘之下的压缩杆上部圆柱杆直径大于下部压缩端头直径。
4.按权利要求1所述的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其特征在于，所述的氮气输气管(29)插入内层不锈钢筒(13)的末端为不锈钢圆管。
5.按权利要求1所述的小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，其特征在于，所述液氮杜瓦容器(32)为具有自增压功能的液氮杜瓦容器。
全文摘要
一种小尺寸非金属材料连续控温静态压缩力学测试系统，由不锈钢杜瓦压缩测试与温控系统组成；杜瓦压缩测试系统包括不锈钢杜瓦筒及压缩组件；杜瓦筒由三层不锈钢筒套装而成；其上部侧壁上设水平贯穿外层和中间层不锈钢筒的输液端口管和排液端口管，输液端口管通过输液管路与杜瓦容器连通；杜瓦筒系统上端口盖有泡沫绝热盖；内层不锈钢筒内底面上的导热紫铜盘中心处设压缩盘；压缩杆是上部带圆形砝码盘的柱体；其下端穿过铁架台水平支撑柱的通孔保持竖直状态；杠杆千分尺固定在另一铁架台上，杠杆端头与压缩杆圆形砝码盘下端面侧边接触；热电偶固定在压缩盘上；适于小尺寸非金属试样室温-77K温区连续控温静态压缩力学测试，结构简单操作方便。
文档编号G01N3/14GK103115823SQ201310023770
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者付绍云, 肖红梅, 渠成兵, 刘玉, 赵阳 申请人:中国科学院理化技术研究所