一种用于超高温陶瓷的两箱式热冲击实验装置的制作方法

本发明涉及一种热冲击试验装置，具体涉及一种用于超高温陶瓷的两箱式热冲击实验装置。

背景技术：

超高温陶瓷材料(Ultra-high-temperature ceramics，简称UHTCs)一般是指在2000℃以上的高温下使用的一类陶瓷材料，主要指一些过渡金属的硼化物、碳化物和氮化物。

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。随着空天飞行器机动性和突防能力要求的增加，近年来世界各国都相继开展了高超声速飞行器的研究。而超高温陶瓷材料具有3000℃左右的高熔点，以及高硬度、高导热率、良好的抗氧化性和抗热震性、中等的热膨胀系数等优良的性能，因此非常适合做超声速航天飞行器高温结构材料。但是因陶瓷材料固有的脆性，致使其抗热冲击性能较差，热冲击破坏是造成陶瓷材料破坏的重要原因。因此，研究陶瓷材料的抗热冲击性能就显得十分重要和必要。

中国专利文献CN104483224A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。但是其试件夹持机构和导向丝构成的试件导入机构存在以下问题：

1、将试件安装到夹持机构和导向丝上所占的时间比较多，而且一次实验只能夹持一个试件，因此效率比较低。

2、试件进入加热炉内是采用自由落体的方式直接掉到缓冲垫上，不能有效避免较大的机械冲击。

3、试件在环境介质之间，无法控制试件以各种不同姿势切换，从而得到不同姿势对陶瓷材料热冲击的影响。

4、一次只能做一个实验，不能消除环境影响，而脆性材料分散性大，使得表征结果精度较低。

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。

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用于超高温陶瓷的两箱式热冲击实验装置，它能够实施以指定姿态在不同热环境之间切换的试件热冲击试验，且试件在遭受热冲击过程中表面加热均匀，避免试件由于自由落体产生的机械冲击，一次可对多个试件进行批量试验，效率较高。可实现试件受两种不同热环境连续或同时热冲击，从而更好地表征材料抗热冲击性能。

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，如图1和图3所示，本发明包括设置有上加热炉和下加热炉的密封炉，所述密封炉由底座支撑，上加热炉和下加热炉内分别安装有对开式上舱门和对开式下舱门将试件放置区隔离，试件放置区内壁有一固定横挂钼丝，横挂钼丝上均布有批量悬挂钼丝圈，批量悬挂钼丝圈上固定有批量试件，使试件固定在试件放置区内。上述批量试件也可采用可装卸试件保持架固定安置在试件放置区内。

分别打开或关闭上舱门和下舱门可实现环境介质的切换。由于试件放置区中可同时进行多个试件的实验，大大提高了实验效率。通过改变钼丝的固定方式，可实现观测多种姿势下试件的热冲击性能。而在加上试件保持架后，试件放置区被保持架分为上下两个部分。同时打开上舱门和下舱门，使试件两侧同时进行不同热环境的热冲击，从而更好地表征试件的抗热冲击性能。

本发明的技术效果是：

1、在陶瓷材料的抗热冲击性能的测试中，进行批量式实验，效率较高。

2、通过介质交换方式实现环境切换，无机械冲击影响。

3、在陶瓷试件表面加热均匀的条件下，在不同环境介质中切换、能以不同姿势进行试验。

4、一次能做多个实验，有效消除环境影响，使得表征结果精度较高。

5、可实现试件受两种热环境连续或同时热冲击，从而更好地表征材料抗热冲击性能。

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中试件放置区11处的局部放大图；

图3为可装卸试件保持架13的结构图。

图中：3、密封炉，4、对开式上舱门，5、对开式下舱门，6、钼丝圈，7、试件，8、底座，9、横挂钼丝，10、上加热炉，11、试件放置区，12、下加热炉，13可装卸试件保持架

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和图3所示，本发明包括设置有上加热炉10和下加热炉12的密封炉3，所述密封炉3由底座8支撑，上加热炉10和下加热炉12内分别安装有对开式上舱门4和对开式下舱门5将试件放置区11隔离，试件放置区11内壁有一固定横挂钼丝9，横挂钼丝9上均布有批量悬挂钼丝圈6，批量悬挂钼丝圈6上固定有批量试件7，使试件7固定在试件放置区11内。

上述批量试件7也可采用可装卸试件保持架13固定安置在试件放置区11内。

上加热炉10和下加热炉12采用感应加热，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℃，在惰性环境下的加热炉内部最高温度可达3000℃。而密封炉外壁设置有主动冷却系统，密封炉外壁的温度跟常温接近。

本发明的使用过程是：

如图1所示，使用本发明时，将批量试件7系在悬挂钼丝圈6上，启动加热系统，上加热炉10和下加热炉12的炉膛进行加热，分别营造两个不同热环境，此时两舱门关闭，待上加热炉10和下加热炉12的炉膛温度达到目标温度后(比如：上加热炉10：800℃下加热炉12：1500℃)，进行保温，保温时间根据实验要求而定。本发明不仅限于以上温度。

实现试件受两种环境连续热冲击的实验过程是：先打开对开式上舱门4，舱门开合处正对试件列，待上加热炉10中的介质均匀分布于试件放置区11后，保温一段时间，关闭对开式上舱门4，打开对开式下舱门5，舱门开合处正对试件列，进行充分的介质交换后保温一段时间，具体保温时间根据实验要求而定。最后停止加热，冷却后取出试件进行后续力学实验。

实现试件两侧同时面临不同热环境的热冲击实验过程是：在实验区安装试件保持架13，试件保持架13将试件7固定在试件放置区11，同时打开对开式上舱门4和对开式下舱门5，舱门开合处正对试件列，进行充分的介质交换后保温一段时间，具体保温时间根据实验要求而定，最后停止加热，冷却后取出试件进行后续力学实验。

本发明实现了常温至3000℃温度范围内，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，能使试件进行两种不同热环境连续或同时的热冲击试验；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。