[实用新型]一种超高温或大温差环境下剪切强度测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料力学性能检测技术领域，特别是指一种超高温或大温差环境下剪切强度测试装置。

背景技术

随着新材料和航空技术的快速发展，针对国防装备建设中的高温材料与结构需要承受复杂的热与力的耦合和复杂燃烧环境，超高温材料(C_f/SiC复合材料、高温合金、超高温陶瓷等)以及由它们构成异种材料连接部件的高温力学性能对于结构部件的安全服役具有重要意义，如航空或火箭发动机中喷管延伸段需承受来自燃烧室喷出的2000-3100℃高温高速燃气机械冲刷，而与之连接的自生水冷钛合金短喷管的温度却保持在550℃以下，这就要求喷管延伸段材料及连接接头具有较高的耐温能力。因此，对于同种或异种超高温材料连接接头在超高温环境下强度和模量等基本力学性能的测定与了解是保障结构件安全服役必不可少的基本要求。

目前，国内外对于超高温材料特别是由其组成的异种材料连接接头高温氧化环境下(≥1200℃)的力学性能评价还没有有效的方法，也没有相关的标准和设备。中国建筑材料研究院的包亦望等人开发出采用氧乙炔热源局部加热的超高温力学性能测试，但该方法尚不能直接在稳态的超高温氧化或非氧化环境下精准测量材料力学性能；北京大学的包岱宁等人开发出采用超高温陶瓷拉杆传动加载的超高温氧化环境下的力学性能测试，显然，由于陶瓷本身性能较脆，难以施加大载荷满足性能测试。此外，现在尚没有关于在稳态超高温氧化或非氧化环境中直接测量异种材料连接接头的剪切强度性能测试装置，究其原因，主要有以下几点：第一，异种材料的服役温度不同，而目前设备结构难以同时提供不同温度场；第二，现有夹具材料和结构难以实现超高温工作环境下大载荷加载。

因此，急需开发一种超高温或大温差环境下材料的力学性能的评价技术及装置，用以解决超高温环境下大载荷的加载与控制，温度、载荷等多参量实验信息的精确提取，满足异种材料不同服役温度要求，达到超高性能测试技术要求，为航天航空等领域的材料与结构的优化设计、材料工艺选择、服役可靠性等方面提供理论依据与指导，对保证国家航天航空器件的可靠性与安全设计具有举足轻重的意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于超高温或大温差环境下剪切强度的测试装置，能够实现针对不同工作温度要求的超高温材料或异种材料结构件0-1700℃的超高温氧化或非氧化剪切强度性能的精确测试。

该装置的具体结构包括炉体、高精度可调金属架台、压力感应器、测温系统、水冷循环系统、控制电柜和显示分析系统，炉体又装有加热体、陶瓷固定座、保温材料一、保温材料二、自生水冷高温合金拉杆、脊梁、惰性气体通道和高温陶瓷压头，测温系统包括B型铂铑热电偶和非接触式遥感红外系统测温系统，水冷循环系统包括冷却水进水口和冷却水出水口；

其中，炉体放置在高精度可调金属架台的水平轴线轨道上，能够水平轴向运动或固定，高精度可调金属架台直接安装在普通电子万能试验机上，高温试验时通过普通电子万能试验机导轨来完成炉体垂直方向运动及固定，炉体上留有不同尺寸的孔隙用于安装加热体、B型铂铑热电偶、非接触式遥感红外系统测温系统、自生水冷高温合金拉杆、惰性气体通道和冷却水进水口、冷却水出水口，炉体中线两侧50mm位置安装脊梁，保温材料一铺在炉体内壁上；压力感应器与自生水冷高温合金拉杆顶端连接，并与显示分析系统通过信号线连接，控制电柜对测温系统和水冷循环系统进行控制。

加热体为高温陶瓷加热棒，穿过炉体左右侧壁上小孔并由陶瓷固定座固定，数量为4-6根。

高精度可调金属架台中心轴线位置存在一个长150mm、深8mm的轨道，高精度可调金属架台表面刻有标尺。

高温试样被加工为立方体小块，低温试样被加工成中间长方体、两侧圆柱体形状，内部通孔，可实现与4-8个高温试样进行连接。

自生水冷高温合金拉杆上端1/4位置为冷却水进水口和冷却水出水口，自生水冷高温合金拉杆下端与高温陶瓷压头连接。

脊梁分上下左右四个，脊梁的凹槽中放置试样，并由上下脊梁卡紧固定，试样与冷却系统相连，右端为冷却水进水口，左侧为冷却水出水口，脊梁与炉体中间有保温材料二。

采用上述装置进行超高温或大温差环境下剪切强度测试的方法如下：

1)将待测试试样件放置在炉体中心位置并由上下脊梁卡紧固定，低温试样与水冷循环系统连接，高温试样与高温陶瓷压头和自生水冷高温合金拉杆连接；