本实用新型属于材料超高温力学性能测试领域，涉及一种材料超高温力学性能测试仪器，具体说是一种测定物体在超高温条件下的力学性能(例如：压痕特征、硬度等)的仪器，以及该仪器中使用的特殊结构的高温炉。
背景技术：
：目前，各类压痕仪、硬度仪大多是在常温下对材料表面进行力学性能测试。但是，近年来很多材料都需要在超高温下(例如：高达1500℃)工作，对这些材料的超高温力学性能的研究非常重要，传统的材料力学性能测试方法难以满足实际需求。因此，开发一种温度上限高、精度高、重复性好、自动化水平高的材料高温力学性能测试仪器已经成为目前高温材料研究领域的关键瓶颈之一。技术实现要素：本实用新型的目的之一是提供一种能够在超高温(测试温度上限可高达1600℃)条件下测试材料力学性能的仪器。本实用新型的目的之二是提供一种能够温度达到1600℃，充保护气或真空的具有新型结构的高温炉。本实用新型的目的之三是提供一种能实现全自动操作的高精度材料超高温力学性能测试仪器。本实用新型的目的之四是提供一种结构紧凑、可模块化的材料超高温力学性能测试仪器。本实用新型的以上目的是通过以下方案实现的：一种高温炉，该高温炉包括炉体、炉底、炉盖，其中：炉体和炉盖通过动密封方式连接，炉体与炉底通过焊接、机加找平成为一体，在炉盖上设有第一通孔，一压杆通过第一通孔伸入炉体内，压杆的端部设置一由超硬材料制成的压头，第一通孔处设置动密封机构，以在压杆移动过程中保持压杆与炉体的密封，炉体内设置一加热体，加热体通过加热体支架固定在炉体内，炉体内设置一样品台，加热体设置在样品台的外侧，压头对准样品台，其向下移动可与样品台上的样品接触并在样品的选定位置上产生印痕；在炉底上设有第二通孔，一水冷旋转轴通过第二通孔伸入炉体内与样品台固定连接，第二通孔上设有轴密封水冷组件。所述的高温炉，炉体的侧面安装密封管接头，电极的一端穿过密封管接头伸入炉体内，密封管接头上还设置与抽真空组件连接的真空抽气口。所述的高温炉，该高温炉还包括第一电机，第一电机通过减速机和轴承组与水冷旋转轴连接以驱动其转动，水冷旋转轴上设置水冷旋转轴进出水循环管路。所述的高温炉，炉体、炉底和炉盖均由不锈钢制成，加热体支架由氮化硼材料制成，加热体由钼或钽材料制成。所述的高温炉，炉体、炉底、炉盖均为夹层结构，夹层内设有水冷结构，炉体上设有冷却水进口Ⅰ和冷却水出口，炉底和炉盖的夹层中采用迷宫水冷结构，即，在其夹层中设有翅片，使得在夹层中形成迷宫式冷却水通道；炉底上设有冷却水进口Ⅱ和冷却水出口，炉盖上设有进水口和出水口。所述的高温炉，还设置一伺服电动缸，其与压杆刚性连接以提供加载动力，还在压杆的侧面设置压力传感器。所述的高温炉，在炉盖上设置泄气阀，在炉盖上设置双向压力表，双向压力表与炉体相通的管路上设置放气阀，在炉底有一保护气进口。一种材料超高温力学性能测试仪，包括所述的高温炉。所述的材料超高温力学性能测试仪，还包括样品旋转组件、数据采集和处理组件、自动控制组件、支架、平台、冷水机组，以及抽真空组件和/或充保护气组件，其中：抽真空组件包括配套使用的真空泵、阀门、真空计和真空管道；充保护气组件包括配套使用的保护气瓶、进气阀、压力机、保护气输送管道；样品旋转组件包括伺服旋转电机，伺服旋转电机通过减速机、联动装置与水冷旋转轴相连；数据采集和处理组件包括压力传感器、位移传感器、温度传感器，以及相应的压力变送器、位移变送器、温度变送器；平台上设置支架，支架上设置托架，托架上设置伺服推杆，压杆穿过托架，压杆的顶部设置与伺服推杆对应的位移传感器；所述的材料超高温力学性能测试仪，还包括自动控制组件，自动控制组件包括人机交互组件和中央处理器、存储器。本实用新型的优点及有益效果是：1、本实用新型的高温炉能长期保持样品的高温环境，炉内温度可高达1600℃，而且通过使用迷宫式水冷结构，在炉内温度高达1600℃的情况下，可保证炉体、炉盖、炉底的温度接近常温，使高温炉的操作更便捷、安全。2、本实用新型的材料超高温力学性能测试仪仅在高温炉内保持真空或保护气氛，解决现有技术的硬度仪或压痕仪整体保持在真空或保护气氛中，不利于操作等问题。3、本实用新型的材料超高温力学性能测试仪能实现对材料的超高温力学性能进行精确测定，测试温度可高达1600℃。4、本实用新型的材料超高温力学性能测试仪能够实现全自动测试，使用便捷。使用者在将待测试样品置于样品台上之后，仅需通过人机交互装置(例如：触摸屏)一次性设定好旋转角度、初始压力值、主压力值、打压次数等，或者仅需直接选择操作模式，然后一键启动，该测试仪即可自动完成测试，并在人机交互装置(例如：显示屏)上直接显示出表格或曲线形式的高温力学性能数据，数据可通过USB设备从测试仪中直接导出。即，本实用新型的材料超高温力学性能测试仪在使用过程中，制造压痕、数据采集和曲线绘制均自动完成。5、本实用新型的材料超高温力学性能测试仪使用伺服电机带动旋转轴，能够实现精准定位测试。6、本实用新型的材料超高温力学性能测试仪使用样品旋转组件，可以在真空或气氛状态下实现样品的旋转，由此可以实现一次安放多个样品，并且在样品表面的多个位置实施打压，由此可以实现在同一或不同温度下利用旋转的位置变化，连续完成多次压痕或硬度测试。7、需要说明的是，本实用新型的材料超高温力学性能测试仪不仅能够测试材料的超高温力学性能，也能够测试材料在常温下的力学性能。附图说明图1是本实用新型的高温炉的一种实施方案的结构示意图。图2是本实用新型的材料超高温力学性能测试仪的一种实施方案的结构示意图。图3显示使用本实用新型的材料超高温力学性能测试仪得到的纯钨样品在常温和420℃的载荷-位移压痕实验曲线。其中，横坐标代表压杆位移，纵坐标代表载荷。图中使用的附图标记如下：1、伺服推杆；2、位移传感器；3、托架；4、压力传感器；5、快接法兰；6、动密封机构；7、双向压力表；8、放气阀；9、压头；10、第一通孔；11、炉盖；12、真空抽气口；13、电极；14、冷却水进口Ⅰ；15、冷却水进口Ⅱ；16、保护气进口；17、水冷旋转轴进出水循环管路；18、轴承组；19、减速机；20、伺服旋转电机；21、出水口；22、加热体；23、炉体；24、样品台；25、加热体支架；26、水冷旋转轴；27、轴密封水冷组件；28、炉底；29、第二通孔；30、支架；31、平台；32、抽真空组件；33、自动控制组件；34、冷水机组；35、压杆。具体实施方式参照图1，显示本实用新型的高温炉的一种实施方案的结构示意图。该高温炉主要包括炉体23、炉底28、炉盖11，其中：炉体23和炉盖11通过动密封方式连接，炉体23与炉底28通过焊接、机加找平成为一体，在炉盖11上设有第一通孔10，一压杆35通过第一通孔10伸入炉体23内，压杆35的端部设置一由超硬材料制成的立方氮化硼(CBN)压头9，第一通孔10处设置动密封机构6，以在压杆35移动过程中保持压杆35与炉体23的密封，炉体23内设置一加热体22，加热体22通过加热体支架25固定在炉体23内，炉体23内设置一氮化硼样品台24，加热体22设置在样品台24的外侧，压头9对准样品台24，其向下移动可与样品台24上的样品接触并在样品的选定位置上产生印痕；在炉底28上设有第二通孔29，一水冷旋转轴26通过第二通孔29伸入炉体23内与样品台24固定连接，第二通孔29上设有轴密封水冷组件27。炉体23的侧面安装密封管接头，电极13的一端穿过密封管接头伸入炉体23内，电极13的作用是：为加热体供电以及连接热电偶测温；在密封管接头上还设置与抽真空组件32连接的真空抽气口12，用于对炉内抽真空。该高温炉还包括第一电机20，第一电机20通过减速机19和轴承组18与水冷旋转轴26连接以驱动其转动，用于驱动样品台24旋转，从而带动样品转动。水冷旋转轴26上设置水冷旋转轴进出水循环管路17，用于水冷旋转轴26的冷却。炉体23、炉底28和炉盖11均由不锈钢制成，加热体支架25由氮化硼材料制成，加热体优选钼或钽材料。炉体23、炉底28、炉盖11均为夹层结构，夹层内设有水冷结构，炉体23上设有冷却水进口Ⅰ14和冷却水出口，采用夹层结构用于缩小炉体体积、是炉体外壳温度接近室温，保证使用者安全。炉底28和炉盖11的夹层中采用迷宫水冷结构，即，在其夹层中设有多个翅片，使得在夹层中形成迷宫式冷却水通道，通过采用这种迷宫水冷结构，能够保证冷却水均匀分布，没有盲区，确保炉壳温度接近室温，实现高温炉正常安全工作、使用者操作安全。炉底28上设有冷却水进口Ⅱ15和冷却水出口，炉盖11上设有进水口和出水口21。在托架3设置一伺服电动缸，其与压杆35刚性连接以提供加载动力，还在压杆35的侧面设置压力传感器4，用于测量压力；在炉盖11上设置泄气阀，用于保护气的排除。在炉盖11上设置双向压力表7，双向压力表7与炉体23相通的管路上设置放气阀8，用于保护气的排除。在炉底28有一保护气进口16，用于对炉体23内通保护气，使得保护气在炉内均匀扩散。参照图2，显示本实用新型的一种材料超高温力学性能测试仪的一种实施方案的结构示意图。该材料超高温力学性能测试仪包括本实用新型如上所述的高温炉，还包括样品旋转组件、数据采集和处理组件、自动控制组件33、支架30、平台31、冷水机组34，以及抽真空组件32和/或充保护气组件，其中：抽真空组件32包括配套使用的真空泵、阀门、真空计和真空管道；充保护气组件包括配套使用的保护气瓶、进气阀、压力机、保护气输送管道；样品旋转组件包括伺服旋转电机20，伺服旋转电机20通过减速机19、联动装置与水冷旋转轴26相连；数据采集和处理组件包括压力传感器4、位移传感器2、温度传感器，以及相应的压力变送器、位移变送器、温度变送器；平台31上设置支架30，支架30上设置托架3，托架3上设置伺服推杆1，压杆35穿过托架3，压杆35的顶部设置与伺服推杆1对应的位移传感器2；压杆35的一侧设置快接法兰5，快接法兰5的作用是固定压力传感器，同时便于更换压杆35和压头9。自动控制组件33包括人机交互组件和中央处理器、存储器。另外，冷水机组34包括制冷机、温控器以及水循环系统(如：炉体23上的冷却水进口Ⅰ14和冷却水出口、炉底28上的冷却水进口Ⅱ15和冷却水出口、炉盖11上的进水口和出水口21、水冷旋转轴进出水循环管路17等)，其作用是控制炉体温度，保护转轴及电极接口。下面，以实施例的方式描述本实用新型的材料高温力学性能测试仪的使用方法。(一)样品的制备：将准备好的样品钨先后经400#、800#、1000#、1500#的砂纸打磨后，然后固定在样品台上。(二)选择模式/输入参数：1、选择压痕模式；开机器，暖机30分钟左右，消除电路漂移的影响。当速度达到0.012mm/s时，暖机就可以结束。输入总压力60kg，保护压力值为100kg，样品台旋转角度为6°。2、测试步骤：(1)将样品放入样品台，确定好位置后盖上保温层，然后将炉盖盖上同时将压头通过胶圈插入炉盖调整压杆的位置使其与炉盖孔的轴心在一条线上。(2)用固定装置将炉盖的四周固定，保证密封效果，同时在压杆上涂上高温脂，起到润滑、减小摩擦的作用。(3)开始第一次抽真空，抽至压力真空表显示-0.1MPa时停止，然后通入高纯Ar，通至压力真空表显示0.2MPa时停止，此时不要马上抽真空，等一段时间，使Ar充分充满炉腔内。然后继续重复上面动作，共需抽3次真空。待第三次充入Ar使双向压力表达到0.4MPa左右，然后开启放气阀，调整送气与放气阀，使压力表示指稳定在0～0.4MPa间达到动态平衡，保证升温过程中炉腔内的高度真空，防止样品被氧化。(4)真空完成后，开启升温装置，同时打开水循环系统。(5)当温度到达设定温度时，通过人机交互组件导出数据，并进行数据存储和处理。纯钨于420℃时压头位移随载荷变化的原始数据见表1：表1位移载荷μmg4770343437.54770043531.34770343656.34770443718.84770043812.54770443937.5477034400047704441254770544218.84770944281.34770644343.84770644437.54770944562.547709446254771444750477114487547711450004770845062.54771445187.54771745312.5477124537547713455004771445593.84772045718.84771545812.54771345968.8477184600047719461254771746218.84771946312.54771946406.3477194650047722466254772146718.84772346718.8(三)测试结果：参照表1，从使用本实用新型的材料超高温力学性能测试仪对样品钨的测试结果可以看出，其有效记录高温下压头向下位移随载荷增加的变化过程。参照图3，显示常温和420℃下钨的载荷-位移曲线。因为钨的力学性能稳定，故其420℃高温与常温的载荷位移曲线基本一致，而我们的实验也验证这一结论，说明设备在高温下测量结果准确且可重复。采用硬度为HRA64.5的标块验证本压痕硬度仪的测量值为HRA63±2，在洛氏硬度的测量允许的范围内。本实用新型的材料超高温力学性能测试仪使用样品旋转组件，可以在真空或气氛状态下实现样品的旋转，由此可以在该材料的多个位置实施打压，由此可以实现在同一温度下制造多个压痕，也可以在不同温度下实现多个压痕。需要说明的是，该材料超高温力学性能测试仪不仅能够测试材料的超高温力学性能，也能够测试材料在常温下的力学性能。当前第1页1 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