一种超高温材料批量热冲击测试装置的制作方法

本发明涉及一种热冲击试验装置，具体涉及一种超高温材料批量热冲击测试置。

背景技术：

超高温材料是指在应力、氧化等授严苛的环境，以及约在2000℃超高温状态下仍能照常使用的最耐热的高级材料。

高超声速飞行器是航空航天科技向新的飞行极限进行探索的重要领域。它将对空天一体化的实现产生巨大的推动作用，是航空先进国家近年发展的热门领域。飞行器长时飞行、大气层再入飞行和跨大气层飞行的极端环境对结构材料的性能要求越来越苛刻。目前，传统的金属材料的使用温度已经接近其极限，不能完全满足使用要求。超高温材料因具有高熔点、高比强度、高热导等众多优异特性，使其可以应用于极端环境下飞行器的高温结构材料。因此，研究超高温材料抗热冲击性能就显得十分重要和必要。

中国专利文献CN10448322414于2015年1月14日公开了“一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱”,该装置包括密封炉和加热炉,加热炉由加热炉底座支撑在密封炉内底面上,密封炉顶部装有气缸,与气缸活塞连接的气缸活动杆伸入密封炉顶部中心孔内连接试件夹持机构,密封炉内顶面装有竖直向下的导向丝,导向丝下端穿过加热炉顶孔系在加热炉内的支架上,支架上面安放有缓冲垫,加热炉顶孔中塞有隔热的碳毯片。该专利申请实现了陶瓷试件的表面加热均匀,能精确地控制热冲击的目标温度。但是存在以下几点不足：

1、一次实验只能夹持一个试件,效率较低，实验准确度不够；。

2、试件在环境介质之间只能以自由落体速度切换，从而不能得到不同初速度对陶瓷材料热冲击的影响。

3、试件不能实现较高、大范围初始温度，从而研究初始温度对实验结果的影响。

4、由于热冲击实验对环境要求较高，而脆性材料分散性很大，环境因素影响大，不能保证同批试件试验条件一致性，包括试验初始温度、目标温度、环境氛围、热冲击历程时间、试件切换速度等。

以上问题使试验过程中会出现较大误差，导致实验结果不能很好表征陶瓷材料的抗热冲击性能，且效率较低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种超高温材料批量热冲击测试装置，它能同时进行多个试件热冲击性能实验以及复杂热冲击环境切换，并使试件避免机械冲击，且严格控制同批试件的初始条件和目标条件相同，效率与准确度较高。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括两个从上至下重叠的上环境模块、下环境模块，各环境模块内部对应设置有上加热炉和下加热炉，上环境模块与下环境模块之间通过气动推杆控制开合的密封隔板隔离；上加热炉顶部安装有试件预压机构，试件预压机构包括有固定架，固定架内由上至下分别安装有螺钉、弹簧和推指。上加热炉和下加热炉之间贯穿安装有试件导入机构，其上端通过传动轴与减速器相连，减速器与电机相连，试件导入机构由上至下分别安装有试件保持架，试件和试件导向管，所述试件导入机构底部安装有缓冲垫，缓冲垫由托盘支撑。

本发明的技术效果是：

1、可以同时进行多个试件的抗冲击性能实验，效率高。

2、可以通过不同弹性系数的弹簧实现不同初始速度，同批实验中也可实现不同初始速度，从而研究速度对实验结果的影响。

3、在超高温材料的热冲击性能的测试中，试件置于高温腔室中，实现了较高、大范围初始温度且避免了初始温度不确定，使得冲击性能测试更精确。

4、通过压缩同一批弹簧推动推指，更好实现同一环境的多组实验。且环境因素影响小，保证了同批试件试验条件一致性，包括试验初始温度、目标温度、环境氛围、热冲击历程时间、试件切换速度等。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中试件导入机构6的结构图；

图3为试件导入机构6中的试件保持架结构图；

图4为试件导入机构6中的试件导向管结构图；

图5为图1中试件预压机构11的结构图。

图中：1、下环境模块，2、下加热炉，3、测温仪，4、上加热炉，5、上环境模块，6、试件导入机构，7、电机，8、减速器，9、传动轴，10、炉盖，11、试件预压机构，12、感应线圈，13、隔板，14、气动推杆，15、缓冲垫，16、托盘，601、试件保持架，602、试件，603、试件导向管,111、螺钉，112、弹簧，113、推指，114、固定架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明包括两个从上至下重叠的上环境模块5、下环境模块1，各环境模块内部对应设置有上加热炉4和下加热炉2，上环境模块5与下环境模块1之间通过气动推杆14控制开合的密封隔板13隔离；上加热炉4顶部安装有试件预压机构11，试件预压机构11包括有固定架114，固定架114内由上至下分别安装有螺钉111、弹簧112和推指113。上加热炉4和下加热炉2之间贯穿安装有试件导入机构6，其上端通过传动轴9与减速器8相连，减速器8与电机7相连，试件导入机构6由上至下分别安装有试件保持架601，试件602和试件导向管603，所述试件导入机构6底部安装有缓冲垫15，缓冲垫15由托盘16支撑。

上加热炉4和下加热炉2内部均可实现从常温到3000℃的温度环境。试件602从上加热炉4下落到设置不同温度的下加热炉2时，受到一次热冲击。

螺钉111使弹簧112压缩从而推动推指113，由推指113对试件602施加预压力以改变试件602下落速度。通过使用不同弹性系数的弹簧可得到同批试件多组不同初始速度。

上环境模块5和下环境模块1分别装有测温仪3，能准确掌握炉内温度情况。缓冲垫15由碳毡制作以减少试件602下落时的机械冲击。上加热炉4和下加热炉2采用感应加热，真空或惰性环境下的炉壁发热体为圆筒形石墨，有氧环境下的炉壁发热体由可导电的圆筒形硼化锆制成。

在有氧环境下的加热炉内部最高温度可达1800℃，在真空或惰性环境下的加热炉内部最高温度可达3000℃。而上环境模块5和下环境模块1外壁设置有主动冷却系统，各环境模块外壁的温度跟常温接近。加热炉内部的部件具有耐高温性能，试件导入机构6均由高强石墨制成。

本发明的使用过程是：

批量试件602固定在试件保持架601上，试件保持架601与试件导向管603错开一定角度使得试件可以放置于试件导向管603上。安装螺钉111使弹簧112压缩从而推动推指113，由推指113对试件602施加预压力。各弹簧的弹性系数根据具体试验要求选取；

关闭炉盖10，启动加热系统，分别对上加热炉4和下加热炉2进行加热，上加热炉4和下加热炉2的炉膛温度分别进行设置，达到目标温度后，进行保温，保温时间根据试验要求而定；

启动电机7使传动轴9开始转动，传动轴9带动试件导向管603进行转动。当试件导向管603的导向孔与试件602对齐时，试件602在预应力作用下以一定初速度落入试件导向管603中，之后落到缓冲垫15上进行保温，保温时间根据试验要求而定；

最后，停止加热，冷却后取出被测试件602进行后续力学实验。

本发明实现了常温至3000℃温度范围内，真空、保护气体及有氧热环境下的热冲击试验。使用本发明进行试验，能保证被测试件在遭受热冲击过程中初始温度和目标温度范围跨度大且精确可控，同时能够获得可控初速度并实现同批试件多组不同初速度的试验；能进行批量试件的抗热冲击性能测试，效率高；能保证同批试件的热冲击试验环境一致性好、试验结果可靠性高。本发明能模拟复杂热冲击环境下测试高温材料抗热冲击性能，为新型高温材料的研发和应用提供了实验手段。