[发明专利]快速加热硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速加热硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料的装置。

背景技术

随着现代技术的发展，高温结构材料在航空、航天、能源、化工、机械、冶金等领域的使用条件越来越苛刻，开发应用于极端恶劣工作条件下的新型高温结构材料变得极为迫切。

二硼化锆陶瓷因为具有高熔点、高硬度、导电导热性好、良好的中子控制能力等特点而在高温结构陶瓷材料、复合材料、耐火材料、电极材料以及核控制材料等领域受到人们的高度重视并得到应用。但由于它在温度高于650℃时开始氧化，并且强度相对不高，影响了它的使用效果。如何在保持优良特性的同时，改善其抗氧化性，提高其高温抗氧化性能成为各国科研工作者关注的问题。大量的实验研究表明，碳化硅添加到硼化锆中能显著地改善硼化锆陶瓷的抗氧化性能和力学性能。硼化锆-碳化硅陶瓷复合材料在高温下生成的硼硅酸盐玻璃密封在材料的表面，阻止氧气向材料内部扩散，这有效地提高了硼化锆-碳化硅陶瓷基复合材料的抗氧化性到1700℃左右。但是硼化锆-碳化硅陶瓷基复合材料的抗热冲击性能仍不能满足实际工作环境的需要，实验研究表明，适量的石墨的添加极大的改善了硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料的抗热冲击性能。但是硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料的使用温度一般超过1800℃，由于研究方式和设备的限制，硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料在1800℃以上的氧化通常采用氧乙炔氧化烧蚀装置，或者是风洞装置。这两种研究方式成本很高，升温速度慢，实验时间长，因此限制了硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料的氧化研究工作。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料在1800℃以上的高温氧化中采用的实验装置升温速度慢、成本高的问题，提出了一种快速加热硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料的装置。

本发明包括可控硅调压变压器、微处理器、电压传感器和两个铜电极，可控硅调压变压器的正、负极电压输出端分别连接一个铜电极的一端，可控硅调压变压器的正、负极电压输出端之间连接电压传感器，电压传感器的采样信号输出端连接微处理器的电压信号输入端；微处理器的控制信号输出端连接可控硅调压变压器的调压控制信号输入端。

本发明的优点是：

本发明成功地应用了硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料的导电性能，通过对其输入高电流来进行快速加热；本发明装置制作简单、安全，升温速度快，可以使待测试件的升温速率达到600℃/s以上，能快速的实现对待测试件大于2000℃的超高温度的加热；对待测试件加热到同样的温度需要的时间是采用氧乙炔氧化烧蚀装置的30％，是采用风洞装置的50％；本发明装置成本低：如果对待测试件加热到2000℃，采用风洞装置需成本约20000元，采用氧乙炔氧化烧蚀装置需成本约200元，而采用本发明装置仅需1.5元左右。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括可控硅调压变压器1、微处理器2、电压传感器3和两个铜电极5，可控硅调压变压器1的电源输入端连接市电电源的输出端，可控硅调压变压器1的正、负极电压输出端分别连接一个铜电极5的一端，可控硅调压变压器1的正、负极电压输出端之间连接电压传感器3，电压传感器3的采样信号输出端连接微处理器2的电压信号输入端；微处理器2的控制信号输出端连接可控硅调压变压器1的调压控制信号输入端。

将硼化锆-碳化硅-石墨陶瓷基复合材料制成的待测试件9(热冲击和氧化测试标准件)打磨光滑，使表面光洁度低于1μm，然后将待测试件9两端通过夹紧机构分别固定在铜电极5的阴阳两极上。首先对可控硅调压变压器1输入380V的工频交流电，对待测试件9通以一定大小的电流，电压传感器3将测得的电压值反馈给微处理器2，微处理器2计算输出的热功值并按照预先设定的程序来调节可控硅调压变压器1的输出电压，从而调整待测试件9通入电流的大小来控制待测试件9的最终平衡温度以及升温速率。由升温过程所经过的时间可估算出待测试件9的表面温度。