一种陶瓷基复合材料加热方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷基复合材料加热的方法，属于陶瓷基复合材料等强度领域。
【背景技术】
[0002]现代军用航空推进系统中，不断提高军用航空发动机的推重比是各国研制先进航空发动机的发展方向。根据推重比的定义，推重比的提高取决于发动机推力的提高和发动机重量的减小，传统高温合金耐高温极限有限，且质量较大，而发动机推力的提高与涡轮前温度有很大的关系。航空发动机涡轮工作环境恶劣，对于涡轮叶片需要耐高温，强度高等特性。根据先进航空发动机发展的要求，高推重比航空发动机还需减少冷气的使用量。因此，传统高温合金无法满足高推重比发动机的发展要求，要想既减少冷气量，又提高涡轮前温度，就必须使用能耐高温的复合材料。
[0003]模拟陶瓷基复合材料典型结构试验件的工作环境，其难点就在于加热方式，由于材料为SiCf/SiC复合材料，高频感应炉无法对其直接进行感应加热，并且由于涡轮叶片尾缘处位置很小，只有半径大小为1_的曲面，因此要在此曲面的两侧构造出200°C以上的温差十分困难。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料加热的方法，以解决陶瓷基复合材料难以利用高频感应炉直接进行加热这一问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:针对陶瓷基复合材料难以利用高频感应炉直接加热的情况，本发明采用增加一个耐高温金属件的方法，利用高频感应炉给耐高温金属件直接加热，通过热辐射为陶瓷基复合材料试验件加热。
[0006]将陶瓷基复合材料试验件和耐高温金属件之间加上3mm左右垫片，并固定于夹具上，利用高频感应炉给耐高温金属件加热，通过热辐射给SiCf/SiC复合材料试验件加热。通过温度测量可以得到，金属件的温度比复合材料件的温度高200°C，SiCf/SiC复合材料试验件上，靠近金属件的一侧比另一侧温度高200°C。以此为启发，通过金属热辐射的方法，为典型结构加热，从而可以较容易地构造出涡轮叶片尾缘两侧200°C以上的温差。经过试验验证并进行测温，当I点是1407°C时，2点为1224°C，3点为1036°C，证明本试验方法的可行性。
[0007]按照加温方式验证试验的方法，设计一个与被加热试验件叶身截面形状大致相似的耐高温金属件，耐高温金属试验件与陶瓷基复合材料试验件的距离设置为2_。被感应加热物体的表面温度与感应线圈距离和感应线圈匝数有关，由于试验件小，且叶身的结构复杂性，匝数不宜选取2匝以上，否则温度场难以构造。而感应线圈加热距离满足离线圈近的位置温度高，离线圈远的位置温度低的规则，因此，为了构造出试验件表面的温度梯度，可以通过处理，使叶盆处感应线圈距离试验件近，叶背处感应线圈距离试验件远，从而使得耐高温金属件在尾缘两侧产生不同的温度。如图2所示，如果LI比L2小，则叶盆温度比叶背温度高。
[0008]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:利用本发明所提出的陶瓷基复合材料加热方法，可以用高频感应炉很方便快速的加热SiCf/SiC复合材料，对于以后进行SiCf/SiC复合材料叶片试验具有很大的帮助。
[0009]针对上述问题，本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料加热的方法，其特征在于包括:
[0010]A)选取两块平板，材料分别为陶瓷基复合材料和耐高温金属；
[0011]B)在两块平板中间加上3mm左右的垫片，并将试验件固定于夹具上；
[0012]C)启动高频感应炉，对耐高温金属平板加热，测量温度。
【附图说明】
[0013]图1为试验测温示意图；
[0014]图2为感应线圈加热示意图。
[0015]图中标号说明如下:
[0016]I一耐高温金属平板测温点；2—陶瓷基复合材料平板高温侧测温点；3—陶瓷基复合材料平板低温侧测温点；4一感应线圈；5—陶瓷基复合材料试验件；6—耐高温金属件。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供了一种陶瓷基复合材料加热的方法，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0018]根据本发明的一个实施例包括如下步骤:
[0019](I)首先，将感应线圈4弯成图2所示的形状，保证感应线圈4与陶瓷基复合材料试验件5形状的相似性；
[0020](2)取陶瓷基复合材料试验件5并清洗，保证其表面上没有任何污渍；
[0021](3)在陶瓷基复合材料试验件5和耐高温金属件6中间加装一个3mm厚的垫片，并保证耐高温金属件与陶瓷基复合材料试验件的距离为2mm，用螺母将其固定于夹具上；
[0022](4)调整陶瓷基复合材料试验件5与感应线圈4的距离，使叶盆处感应线圈距离试验件近，叶背处感应线圈距离试验件远；
[0023](5)启动高频感应炉加热系统，对试验件进行加热处理，加热过程中，测量陶瓷基复合材料试验件两侧温差，使其达到200°C。
[0024]所述方法具有以下优点:(I)利用高频感应炉，加热速度快；(2)使用感应线圈加热，可通过调整感应线圈形状达到改变试验件两侧温差的目的；(3)解决了陶瓷基复合材料不能使用高频感应炉加热的问题。
[0025]以上虽然描述了本发明的具体实施方法，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明原理和实现的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
【主权项】
1.一种陶瓷基复合材料加热的方法，其特征在于: A)将感应线圈(4)弯成与陶瓷基复合材料试验件(5)相似的形状； B)取陶瓷基复合材料试验件(5)并清洗，保证其表面上没有任何污渍； C)在陶瓷基复合材料试验件(5)和耐高温金属件(6)之间加装一个3_厚左右的垫片，并保证陶瓷基复合材料试验件(5)与耐高温金属件(6)的距离为2mm，用螺母将其固定于夹具上； D)调整试验件与感应线圈的距离，启动高频感应炉加热系统，对试验件进行加热处理； E)加热过程中，测量陶瓷基复合材料试验件两侧温差，如果温差达到200°C以上则满足实验要求，否则关闭高频感应炉加热系统，重复步骤D)的操作。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于感应线圈(4)与试验件(5)形状相似。
3.根据权利要求1的方法，需保证试验件(5)表面无任何污渍。
4.根据权利要求1的方法，需在陶瓷基复合材料试验件(5)与耐高温金属件(6)之间加装3mm厚左右的垫片。
5.根据权利要求1的方法，需保证陶瓷基复合材料试验件(5)与耐高温金属件(6)距离为2mm。
6.根据权利要求1的方法，需使用高频感应炉作为加热系统。
7.根据权利要求1的方法，需保证陶瓷基复合材料试验件两侧温差为200°C以上。
【专利摘要】一种陶瓷基复合材料加热的方法，通过热辐射给SiCf/SiC复合材料加热。实施方法如下：(1)取陶瓷基复合材料试验件和耐高温金属件，并将感应线圈弯成与试验件相似的形状；(2)在陶瓷基复合材料试验件和耐高温金属件中间加上3mm左右的垫片，并固定于夹具上；(3)利用高频感应炉对耐高温金属件加热，通过热辐射加热陶瓷基复合材料试验件。本发明通过热辐射为陶瓷基复合材料加热，解决了陶瓷基复合材料不能直接利用高频感应炉加热这一工程难题。
【IPC分类】G01N17-00, H05B6-02
【公开号】CN104807743
【申请号】CN201510190606
【发明人】申秀丽, 李鹏, 邹磊
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月21日