專利名稱：用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原位測(cè)量裝置，尤其是涉及一種用于研究陶瓷纖維試樣在高溫-應(yīng)力的耦合作用下的形變和斷裂行為的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
陶瓷纖維是一種陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，由天然或人造無(wú)機(jī)物采用不同工藝制成的纖維狀材料也可由有機(jī)纖維通過高溫?zé)崽幚磙D(zhuǎn)化而成。陶瓷纖維除了具有優(yōu)異的力學(xué)性能，還具有抗氧化、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷纖維試樣在高溫下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和力學(xué)性能是用于航空航天和先進(jìn)武器裝備等高科技領(lǐng)域耐高溫高性能材料的重要性能指標(biāo)。研究表明，隨著使用溫度的提高，陶瓷纖維試樣的彈塑性性質(zhì)和斷裂模式將發(fā)生改變。原位測(cè)定耐高溫高性能陶瓷纖維試樣在高溫惰性氣氛保護(hù)和載荷的耦合作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，是有效地應(yīng)用耐高溫高性能復(fù)合材料的關(guān)鍵依據(jù)，也是指導(dǎo)其成分、工藝和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。
雖然原位測(cè)定陶瓷纖維試樣在高溫下受力應(yīng)變過程具有重要的意義，但陶瓷纖維細(xì)(直徑一般為十幾微米)，斷裂應(yīng)變小(如碳化硅(SiC)纖維在室溫下的斷裂應(yīng)變大約為0.01，即標(biāo)距為25mm的碳化硅(SiC)纖維，其伸長(zhǎng)量大約為250μm)，無(wú)法用接觸式的夾式引伸計(jì)測(cè)量，而且在高溫環(huán)境氣氛中即使氧氣含量極少，纖維對(duì)其敏感性也很強(qiáng)，容易發(fā)生氧化反應(yīng)，因此測(cè)量其原位形變難度很大，目前尚未有原位測(cè)量形變的精確方法。已有的文獻(xiàn)報(bào)道多是通過測(cè)量在高溫爐體外的試樣夾持部分在加載過程中的位移來(lái)間接表示材料在高溫下的應(yīng)變。但是，試樣和試樣夾持部分在受力變形過程中有可能發(fā)生相對(duì)位移；另外，所測(cè)得的是試樣各部分變形之和，且在加熱體內(nèi)是一個(gè)非均勻溫度場(chǎng)，試樣各部分的溫度是不同的，在相同的載荷作用下試樣各部分的應(yīng)變也是不同的。因此，用這樣的方法不可能獲得試樣在設(shè)定高溫下的真實(shí)應(yīng)變，導(dǎo)致誤差大。
金觀昌等發(fā)明了測(cè)量高溫下材料力學(xué)性能的光學(xué)方法及裝置(CN85100056)，是在有石英玻璃窗口的高溫加熱爐中，安放一個(gè)耐高溫的純彎加載裝置，被測(cè)材料以板試件形式放入該裝置的二刀口間，在全息照相兩次曝光間加以適當(dāng)彎距，用像平面全息照相光路拍攝全息圖，獲得板的撓度分布，并用最小二乘法處理，求出彈性模量和泊松比。但其最高使用溫度只能達(dá)到1000℃，且被測(cè)試樣必須被加工為板試件形式，因此無(wú)法測(cè)量陶瓷纖維試樣。
Severine Darzens等(Severine Darzens et al.，J.Am.Ceram.Soc.，2005，88(7)1967-1972)對(duì)SiCf-SiBC復(fù)合材料中Hi-Nicalon SiC/NLM纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究里，設(shè)計(jì)了一套復(fù)合材料高溫蠕變?cè)粶y(cè)量裝置，在氬氣氣氛保護(hù)下，溫度可達(dá)到1800℃；在空氣氣氛中，溫度則可達(dá)到1600℃，但他們采用的材料變形測(cè)量裝置為接觸式的夾式引伸計(jì)，仍然存在較大誤差，并且該裝置無(wú)法夾持陶瓷纖維試樣，只能對(duì)大試樣比較科學(xué)有效。
Uno Tomohiro等(Uno Tomohir et al.，JP.Pat.10307090，1997)設(shè)計(jì)了一套用于測(cè)量高溫下拉伸斷裂強(qiáng)度的高溫加熱爐，但并沒有解決準(zhǔn)確測(cè)量應(yīng)變的難題，還是測(cè)量試驗(yàn)機(jī)上橫梁位移；日本Hiyoshi等(Hiyoshi et al.，U.S.Pat.09/838，120，2001)發(fā)明了用兩個(gè)光電傳感器及CCD元件照相機(jī)對(duì)試樣上預(yù)先標(biāo)志的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行追蹤，從而測(cè)量試樣的應(yīng)變。
而目前市場(chǎng)上日本島津公司生產(chǎn)的UH-1系列的超高溫材料試驗(yàn)機(jī)，采用非接觸式引伸計(jì)進(jìn)行原位應(yīng)變測(cè)量，最大試驗(yàn)溫度卻只能為300℃(真空、惰性氣體)，而采用接觸式的引伸計(jì)，雖然溫度可達(dá)到1200℃，但卻只能測(cè)量金屬材料，因此同樣具有試驗(yàn)溫度不高，應(yīng)變測(cè)量不夠準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種用于研究陶瓷纖維試樣在高溫-應(yīng)力的耦合作用下的形變和斷裂行為的陶瓷纖維試樣高溫氣氛保護(hù)變形的原位測(cè)量裝置。
本發(fā)明包括高溫氣氛爐處理系統(tǒng)與高精度的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。
高溫氣氛爐處理系統(tǒng)設(shè)有內(nèi)爐、外爐、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、載荷傳感器、水冷氣封系統(tǒng)和測(cè)控溫裝置，內(nèi)爐與外爐之間通過位移調(diào)節(jié)裝置連接，內(nèi)爐與外爐置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中間，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)與載荷傳感器連接，載荷傳感器置于內(nèi)爐頂部與外爐頂部之間，水冷氣封系統(tǒng)與內(nèi)爐和外爐連接，測(cè)控溫裝置包括測(cè)溫裝置和控溫裝置，測(cè)溫裝置通過雙鉑銠熱電偶與內(nèi)爐連接，控溫裝置通過電極與內(nèi)爐連接，測(cè)溫裝置與控溫裝置置于測(cè)控溫裝置控制箱中。
光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)有光電引伸計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、干涉濾光片裝置和強(qiáng)光源，光電引伸計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和干涉濾光片裝置設(shè)置在高溫氣氛爐處理系統(tǒng)的一例，強(qiáng)光源設(shè)置在對(duì)應(yīng)側(cè)，光電引伸計(jì)、干涉濾光片裝置和強(qiáng)光源的軸線與高溫氣氛爐處理系統(tǒng)兩端觀察窗口的軸線重合。
內(nèi)爐與外爐之間通過位移調(diào)節(jié)裝置連接，內(nèi)爐與外爐用雙位移調(diào)節(jié)裝置固定于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的工作平臺(tái)上，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)通過上夾具連接鋼棒與載荷傳感器連接，載荷傳感器底部連接上夾具，置于內(nèi)爐頂部與外爐頂部之間。水冷氣封系統(tǒng)包括水管線與氣管線，水冷氣封系統(tǒng)與內(nèi)爐和外爐連接，水冷氣封系統(tǒng)的水管線和氣管線分布在內(nèi)爐周邊，水管線為內(nèi)爐提供水循環(huán)冷卻，上水管線的出水口與下一水管線的進(jìn)水口相連接，由最后一出水口統(tǒng)一排出冷卻水；氣管線提供內(nèi)爐和外爐氣封氣體。水管線和氣管線通過設(shè)在外爐的管道口進(jìn)出。
測(cè)溫裝置通過雙鉑銠熱電偶與內(nèi)爐連接，雙鉑銠熱電偶可感應(yīng)內(nèi)爐均溫區(qū)溫度，通過測(cè)溫裝置可顯示實(shí)時(shí)溫度值，控溫裝置通過電極與內(nèi)爐連接，控溫裝置可調(diào)節(jié)電壓達(dá)到控制內(nèi)爐均溫區(qū)溫度的目的，測(cè)溫裝置與控溫裝置置于測(cè)控溫裝置控制箱中。萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上夾具和下夾具上各設(shè)一金屬凸點(diǎn)，凸點(diǎn)上懸掛標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)三角形紙片，待測(cè)試樣粘貼在紙片上。內(nèi)爐設(shè)有加熱體、保溫層、石英玻璃窗口、氮化硼縫道和可替換式金屬塊，在內(nèi)爐爐膛的均溫區(qū)開兩個(gè)相向的長(zhǎng)方形縫，兩縫道末端與內(nèi)爐壁間分別設(shè)有一觀察窗口，兩端觀察窗口中心軸對(duì)準(zhǔn)縫道中心軸。外爐的兩側(cè)設(shè)有觀察窗口，觀察窗口的位置對(duì)應(yīng)于內(nèi)爐的觀察窗口；在外爐的左上端開設(shè)一出氣口，用于排除爐內(nèi)氣體；外爐的底端設(shè)有管道口和抽真空氣口，抽真空氣口通過管道連接到真空泵；進(jìn)水管、出水管和進(jìn)氣管從管道口進(jìn)入爐內(nèi)。載荷傳感器通過數(shù)據(jù)線與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)連接，可感應(yīng)為試樣所提供的載荷。
數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)與顯示器組成。
所述的內(nèi)爐加熱體選用耐高溫金屬鉭，保溫層里所設(shè)的隔熱片選用石墨磚卷成圈，在內(nèi)爐爐膛的均溫區(qū)開的兩個(gè)相向長(zhǎng)方形縫的縫道由氮化硼做成，以石英玻璃耐高溫透光材料做成透光窗口。
外爐的兩側(cè)所設(shè)的觀察窗口采用普通玻璃做成透光窗口。
萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)可采用意大利GALDABINI公司生產(chǎn)的型號(hào)SUN2500萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，其技術(shù)性能達(dá)到(1)試驗(yàn)力測(cè)量范圍10N-25KN；(2)試驗(yàn)力示值精度顯示值的±1％；(3)試驗(yàn)力測(cè)量分辨率0.005％FS；(4)最大拉伸試驗(yàn)空間1000mm。
所述的光電引伸計(jì)的精度最好為0.1μm，可采用意大利GALDABINI公司或美國(guó)INSTRON公司生產(chǎn)的單鏡頭固定式引伸計(jì)或日本SHIMADZU島津公司生產(chǎn)的雙鏡頭伺服式引伸計(jì)。強(qiáng)光源可采用鹵鎢燈。
其測(cè)量應(yīng)變的原理是，在被測(cè)試樣上采用耐高溫鋁酸鹽水泥或電鍍金屬鎢做兩個(gè)黑白相間的標(biāo)志點(diǎn)，采用光電引伸計(jì)對(duì)兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行追蹤，通過計(jì)算機(jī)與圖像追蹤處理軟件得出形變數(shù)據(jù)，從而測(cè)出其原位應(yīng)變。
本發(fā)明高溫氣氛爐采用雙爐結(jié)構(gòu)(設(shè)計(jì)有內(nèi)外兩層爐子，內(nèi)爐主要保證高溫，外爐確保真空度)，充分保證真空度與惰性氣體的氣密性。采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)提供試樣的載荷，使得裝置更簡(jiǎn)便。爐中金屬夾具下連接活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)三角形夾片，可自行調(diào)節(jié)試樣的垂直度，使其軸線與爐膛中心軸線重合，加熱體采用中間粗兩端細(xì)的線性過度，保證爐膛的均溫區(qū)。在不影響折射的情況下，在爐子的兩側(cè)開了兩個(gè)可視石英窗口，采用光電引伸計(jì)對(duì)被測(cè)試樣應(yīng)變進(jìn)行追蹤，被測(cè)試樣在高溫氣氛保護(hù)下的形變通過兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的移動(dòng)可得出準(zhǔn)確形變數(shù)據(jù)。具有應(yīng)變測(cè)量準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、可靠性高的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的原理方框圖。圖1中的1是高溫氣氛爐處理系統(tǒng)、2是高分辨的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)、11是內(nèi)爐、12是外爐、113是保溫層、115是加熱體、133是萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上夾具、15是水冷氣封系統(tǒng)、22是數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、23是光電引伸計(jì)、24是干涉濾光片裝置、25是強(qiáng)光源。
圖2是高溫氣氛爐處理系統(tǒng)正視剖面圖。圖2中的111是石英玻璃窗口、112是氮化硼縫道、113是保溫層、114是可替換式金屬塊、115是加熱體、116是電極、117是雙鉑銠熱電偶、121是調(diào)節(jié)前后鈕、122是調(diào)節(jié)上下鈕、123是調(diào)節(jié)左右鈕、124是普通玻璃窗口、125是金屬支架、126是出氣口、127是支撐金屬圈、128是管道口、129是抽真空氣口、131是金屬插銷、132是上夾具連接鋼棒、133是上夾具、134是金屬凸點(diǎn)、135是標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)三角形紙片、136是下夾具、137是下夾具固定鋼棒、141是載荷傳感器、142是傳感器線出口裝置、151是氣封裝置、152是進(jìn)水管、153是進(jìn)氣管、154是出水管。
圖3是陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量設(shè)備正視剖面圖。圖3中的11是內(nèi)爐、12是外爐、13是萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、138是雙位移調(diào)節(jié)裝置支架、139是萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)橫梁、14是載荷傳感器、221是計(jì)算機(jī)、222是顯示器、23是光電引伸計(jì)、24是干涉濾光片裝置、25鹵鎢燈、155是真空泵、16是測(cè)控溫裝置控制箱、161是測(cè)溫裝置、162是控溫裝置。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理作詳細(xì)說(shuō)明。
參見圖1-3，陶瓷纖維試樣高溫氣氛保護(hù)變形的原位測(cè)量裝置由高溫氣氛爐處理系統(tǒng)1和高精度的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)2兩部分組成。
高溫氣氛爐處理系統(tǒng)由雙爐結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)爐11的主要作用是保證高溫，外爐12確保真空度，充分保證真空度與惰性氣體的氣密性。內(nèi)爐11與外爐12通過金屬支架125及支撐金屬圈127連接固定，兩爐置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13中間，用雙位移調(diào)節(jié)裝置138固定于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的工作平臺(tái)上，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13通過上夾具連接鋼棒132與載荷傳感器141連接，載荷傳感器141下連接上夾具133，置于內(nèi)爐11頂部與外爐12頂部之間。
內(nèi)爐11中的加熱體115選用耐高溫金屬鉭，保溫層113里的5層隔熱片選用石墨磚卷成圈，在內(nèi)爐11爐膛的均溫區(qū)開兩個(gè)相向的長(zhǎng)方形縫，縫道112由氮化硼做成，兩縫道112末端與內(nèi)爐11壁間分別有一觀察窗口111，觀察窗口里端尺寸為高12mm、寬4mm，小于均溫區(qū)的長(zhǎng)度。觀察窗口111以石英玻璃耐高溫透光材料做成，根據(jù)使用溫度選定。試樣的軸線與爐膛的軸線重合，兩端觀察窗口111對(duì)準(zhǔn)縫道中心軸。加熱體115耐高溫金屬鉭要保證Φ20×30mm的均溫區(qū)，且縫道112要能承受高溫和氣體壓力。整個(gè)內(nèi)爐11由支撐金屬圈127支撐著，并可通過調(diào)節(jié)前后鈕121、調(diào)節(jié)上下鈕122、調(diào)節(jié)左右鈕123調(diào)節(jié)垂直高度與前后左右水平位置。水冷氣封系統(tǒng)15中的水冷循環(huán)裝置通過水管線分布在內(nèi)爐周邊，采用出水口與下一進(jìn)水口相連接，由最后一出水口統(tǒng)一排出冷卻水的設(shè)計(jì)，冷卻水由進(jìn)水管152進(jìn)入，從出水管154排出，這樣可以減少水管線布線數(shù)量。氣封裝置151設(shè)在內(nèi)爐11頂端口，由10根小氣管組成，氣體從小氣管沿內(nèi)爐11頂部爐壁內(nèi)表面向上排，確保防止外面氣體沿管壁滲入爐子。測(cè)控溫裝置中的雙鉑銠熱電偶117感應(yīng)內(nèi)爐11均溫區(qū)溫度，通過測(cè)溫裝置161顯示實(shí)時(shí)溫度值，控溫裝置162通過電極116可調(diào)節(jié)電壓達(dá)到控制內(nèi)爐11均溫區(qū)溫度的目的。測(cè)溫裝置161與控溫裝置162置于測(cè)控溫裝置控制箱16中。外爐12的兩側(cè)設(shè)有觀察窗口124，采用普通玻璃做成透光窗口，窗口124的位置對(duì)應(yīng)于內(nèi)爐的觀察窗口111；在外爐左上端設(shè)一出氣口126，用于排除爐內(nèi)氣體；外爐的底端有管道口128、抽真空氣口129，抽真空氣口129通過管道連接到真空泵155；進(jìn)、出水管152、154和進(jìn)氣管153從管道口128進(jìn)入爐內(nèi)。
載荷傳感器14包括載荷傳感器141和傳感器線出口裝置142，載荷傳感器141通過數(shù)據(jù)線與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13連接，可感應(yīng)為試樣所提供的載荷，再通過萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13操作軟件得出載荷數(shù)值，傳感器線出口裝置142防止載荷傳感器141數(shù)據(jù)線與外爐接觸部分漏氣，起密封作用。萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13提供試樣的載荷，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13的上夾具連接鋼棒132通過增加其長(zhǎng)度，且直徑比外爐12的頂部圓口小0.02mm，達(dá)到能與外爐12的頂部圓口相吻合。在上夾具連接鋼棒132上還套有一層厚度0.01mm的橡膠O型圈，保證上夾具133連接鋼棒132可移動(dòng)且不影響氣密性(萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13在測(cè)試時(shí)可消零，因此上夾具與外爐12頂部?jī)?nèi)表面的摩擦力可消除)，上夾具連接鋼棒132下連接載荷傳感器141，載荷傳感器141下連接金屬夾具133，這三者互相連接都是采用金屬插銷131，起吻合固定作用。金屬上、下夾具133、136上有個(gè)金屬凸點(diǎn)134，可懸掛標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)三角形紙片135，標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)三角形紙片135的底邊長(zhǎng)20mm。待測(cè)陶瓷纖維試樣A通過內(nèi)爐爐膛，兩端由不飽和樹脂粘結(jié)在紙片135上，自然垂直，試樣中間用耐高溫鋁酸鹽水泥(或用電鍍金屬鎢)粘兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)A1、A2，間距10mm，中心在觀察窗口111軸線上。可替換式金屬夾塊114可滿足測(cè)試不同尺寸試樣的要求。下夾具136通過下夾具固定鋼棒137固定在外爐12底部，外爐12底部與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13的底座平臺(tái)固定夾具接頭連接。
高精度的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)2包括光電引伸計(jì)23、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)22、干涉濾光片裝置24、鹵鎢燈25，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)22包括計(jì)算機(jī)221和顯示器222。光電引伸計(jì)23、光學(xué)干涉濾光片裝置24、鹵鎢燈25的中心軸線與高溫氣氛爐處理系統(tǒng)1兩邊的觀察窗口111、124軸線重合。且該軸線要與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上橫梁139有一定水平交角，防止萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13的左右支撐梁擋住光線。
當(dāng)試樣準(zhǔn)確置于內(nèi)爐11爐膛軸線后，真空泵155通過抽真空氣口129對(duì)高溫氣氛爐進(jìn)行抽真空，抽完真空后，由進(jìn)氣管153通入保護(hù)氣體氬氣，然后再抽真空，再通氬氣，循環(huán)三次。完畢后內(nèi)爐11開始加熱，當(dāng)試樣加熱到設(shè)定溫度(＜1600℃)時(shí)，右邊鹵鎢燈25發(fā)射的水平平行光束B直射通過試樣，試樣上的兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)被鹵鎢燈25反射，然后經(jīng)光學(xué)干涉濾光片裝置24濾掉其他光色，產(chǎn)生單一顏色相間的標(biāo)志光點(diǎn)，由光電引伸計(jì)23接收，再通過計(jì)算機(jī)221數(shù)據(jù)采集處理，由顯示器222顯示試樣上兩標(biāo)志點(diǎn)間的標(biāo)距10mm。接著點(diǎn)擊萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13操作軟件上的開始按鈕，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)13開始工作，上橫梁139往上以一定速度垂直運(yùn)動(dòng)，這樣試樣上的兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)將產(chǎn)生位移，同時(shí)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)2繼續(xù)追蹤試樣上的兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，顯示器上實(shí)時(shí)顯示兩點(diǎn)位移值，直到試樣發(fā)生斷裂，試樣的伸長(zhǎng)量就被確定，再通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理，得出試樣的真實(shí)原位應(yīng)變值。
其主要技術(shù)性能如下(1)最高溫度1600℃(2)控溫精度±1℃(3)工作尺寸Φ20×30mm(4)均溫區(qū)要求±7.5℃(5)發(fā)熱體尺寸Φ20×100mm(6)保護(hù)氣體壓力0.03MPa(7)氬氣流量0-600ml/min設(shè)計(jì)精度1％(8)發(fā)熱體整體內(nèi)腔可調(diào)節(jié)，保證被試驗(yàn)材料(纖維)在爐膛中心軸位置。
(9)熱電偶選用雙鉑銠(10)觀察窗口里端尺寸為高12mm×寬4mm(11)壓升率2Pa/h(12)兩端觀察窗口軸線與縫道中心軸線重合(13)高溫氣氛爐工作額定功率10KW
權(quán)利要求
1.用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于包括高溫氣氛爐處理系統(tǒng)與光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，高溫氣氛爐處理系統(tǒng)設(shè)有內(nèi)爐、外爐、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、載荷傳感器、水冷氣封系統(tǒng)和測(cè)控溫裝置，內(nèi)爐與外爐之間通過位移調(diào)節(jié)裝置連接，內(nèi)爐與外爐置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中間，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)與載荷傳感器連接，載荷傳感器置于內(nèi)爐頂部與外爐頂部之間，水冷氣封系統(tǒng)與內(nèi)爐和外爐連接，測(cè)控溫裝置包括測(cè)溫裝置和控溫裝置，測(cè)溫裝置通過雙鉑銠熱電偶與內(nèi)爐連接，控溫裝置通過電極與內(nèi)爐連接，測(cè)溫裝置與控溫裝置置于測(cè)控溫裝置控制箱中；光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)有光電引伸計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、干涉濾光片裝置和強(qiáng)光源，光電引伸計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和干涉濾光片裝置設(shè)置在高溫氣氛爐處理系統(tǒng)的一側(cè)，強(qiáng)光源設(shè)置在對(duì)應(yīng)側(cè)，光電引伸計(jì)、干涉濾光片裝置和強(qiáng)光源的軸線與高溫氣氛爐處理系統(tǒng)兩端觀察窗口的軸線重合。
2.如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于所述的內(nèi)爐與外爐用雙位移調(diào)節(jié)裝置固定于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的工作平臺(tái)上，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)通過上夾具連接鋼棒與載荷傳感器連接，載荷傳感器底部連接上夾具。
3.如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于水冷氣封系統(tǒng)包括水管線與氣管線，水冷氣封系統(tǒng)的水管線和氣管線分布在內(nèi)爐周邊，上水管線的出水口與下一水管線的進(jìn)水口相連接，由最后一出水口統(tǒng)一排出冷卻水，水管線和氣管線通過設(shè)在外爐的管道口進(jìn)出。
4.如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于所述的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上夾具和下夾具上各設(shè)一金屬凸點(diǎn)，凸點(diǎn)上懸掛標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)三角形紙片，待測(cè)試樣粘貼在紙片上。
5.如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于內(nèi)爐設(shè)有加熱體、保溫層、石英玻璃窗口、氮化硼縫道和可替換式金屬塊，在內(nèi)爐爐膛的均溫區(qū)開兩個(gè)相向的長(zhǎng)方形縫，兩縫道末端與內(nèi)爐壁間分別設(shè)有一觀察窗口，兩端觀察窗口中心軸對(duì)準(zhǔn)縫道中心軸，外爐的兩側(cè)設(shè)有觀察窗口，觀察窗口的位置對(duì)應(yīng)于內(nèi)爐的觀察窗口；在外爐的左上端開設(shè)一出氣口，用于排除爐內(nèi)氣體；外爐的底端設(shè)有管道口和抽真空氣口，抽真空氣口通過管道連接到真空泵。
6.如權(quán)利要求5所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于所述的內(nèi)爐加熱體為耐高溫金屬鉭。
7.如權(quán)利要求5所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于在保溫層內(nèi)設(shè)隔熱片，隔熱片為石墨磚卷成圈。
8.如權(quán)利要求5所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于在內(nèi)爐爐膛的均溫區(qū)開的兩個(gè)相向長(zhǎng)方形縫的縫道由氮化硼做成，以石英玻璃耐高溫透光材料做成透光窗口。
9.如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于載荷傳感器通過數(shù)據(jù)線與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)連接。
10.如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，其特征在于外爐的兩側(cè)所設(shè)的觀察窗口采用普通玻璃做成透光窗口。
全文摘要
用于陶瓷纖維高溫變形的原位測(cè)量裝置，涉及一種用于研究陶瓷纖維試樣在高溫－應(yīng)力的耦合作用下的形變和斷裂行為的測(cè)量裝置。包括高溫氣氛爐處理系統(tǒng)與光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，高溫氣氛爐處理系統(tǒng)包括內(nèi)爐、外爐、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、載荷傳感器、水冷氣封系統(tǒng)和測(cè)控溫裝置；光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)包括光電引伸計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、干涉濾光片裝置、強(qiáng)光源。高溫氣氛爐采用雙爐結(jié)構(gòu)，內(nèi)爐保證高溫，外爐確保真空度，充分保證真空度與惰性氣體的氣密性。采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)提供試樣的載荷，采用光電引伸計(jì)對(duì)被測(cè)試樣應(yīng)變進(jìn)行追蹤，被測(cè)試樣在高溫氣氛保護(hù)下的形變通過兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的移動(dòng)可得出準(zhǔn)確形變數(shù)據(jù)。具有應(yīng)變測(cè)量準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、可靠性高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/16GK1963442SQ20061012328
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者馮祖德, 姚榮遷, 陳立富 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)