[发明专利]一种配置隔热气冷夹具的超高温长时力学性测试系统

说明书

本发明是一种配置隔热气冷夹具的超高温长时力学性测试系统，包括超高温加热炉、隔热气冷夹具、过渡夹具等部件。超高温加热炉用于实现预定测试温度及其精度，隔热气冷夹具兼具陶瓷材料的隔热和腔体内部气流的冷却功能，过渡夹具主要承受机械载荷。本发明的优点是超高温长时力学性测试系统结构简单，通过合理设计隔热气冷夹具腔体的厚度，以及调节其腔体内部冷却气体的压力和流速，使温度始终保持在较低的水平，从而选用普通高温合金即可实现对超高温结构材料在超高温环境下的长时力学性能测试。

技术领域

本发明提出了一种配置隔热气冷夹具的超高温长时力学性测试系统，用于超高温结构材料轴向疲劳和持久/蠕变等综合力学性能测试，属于高温结构材料力学性能测试技术领域。

背景技术

随着先进航空、航天发动机技术的快速进步和蓬勃发展，对高温结构材料的综合性能提出了越来越高的要求，尤其是对高温结构材料承温能力提升的需求越来越迫切。传统镍基、钴基高温合金的使用温度都在1100℃以内(包括采用冷却技术)，已接近材料熔点的90％。由于受熔点的限制，继续提高其使用温度已变得越来越困难。因此，寻求新体系高温结构材料，特别是超高温结构材料，显得尤为重要。目前，超高温结构材料主要包括由高熔点硼化物、碳化物及氧化物组成的多元复合超高温陶瓷材料体系、难熔金属和抗氧化、抗烧蚀的改性C/C复合材料、SiC基复合材料等。超高温结构材料的研发为未来航空、航天发动机综合性能的提升有着重要的研究价值和科学意义。

若要实现超高温结构材料的工程应用，必须获得超高温结构材料在其典型服役工况下的力学性能和结构强度，这些重要试验数据和设计用曲线的获得，离不开其在超高温环境下的综合力学性能测试。据相关资料调研，国内外超高温结构材料的测试温度普遍要求达到1300℃以上，甚至达到1800℃左右，并要求能够获得可靠地长时(比如疲劳寿命10⁵循环或持久/蠕变寿命1000小时以上等)力学性能数据。但目前能够开展长时力学性能测试设备的温度普遍低于1200℃，其最主要的原因是难以获得能够长期承温高于1200℃的抗氧化高温夹具。可以看出，高可靠性且抗氧化的高温夹具是超高温结构材料力学性能测试技术的瓶颈和短板。如果不攻克高温夹具的设计和制备技术，超高温结构材料长时力学性能测试几近空谈，也无法满足当前及未来航空、航天等领域对超高温结构材料的迫切需要。因此，急需设计和制备出一种既能在超高温环境下稳定夹持的高温夹具，又能保证高温夹具的长寿命，从而兼顾功能性和经济性，为超高温结构材料在航空、航天等领域的工程应用提供技术支持。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提出了一种配置隔热气冷夹具的超高温长时力学性测试系统，其目的是提供一种夹持稳定、结构形式简单且配置隔热气冷夹具的超高温力学性测试系统，该系统可与诸如疲劳试验机和持久/蠕变试验机配合，从而实现超高温结构材料在超高温条件下的长时力学性能测试。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种配置隔热气冷夹具的超高温长时力学性测试系统，所述超高温长时力学性测试系统包括超高温加热炉1包括炉体2和炉腔3，其特征在于：在炉体2的上、下两端加工有孔并各装配一副隔热气冷夹具4，隔热气冷夹具4为中空结构，隔热气冷夹具4的侧壁与孔之间密封连接，隔热气冷夹具4的上端开有中心螺纹孔5，该螺纹孔5与过渡夹具7侧壁通过螺纹连接，隔热气冷夹具4的下一端开有中心通孔6，待测试样8穿过该通孔6与过渡夹具7的顶端连接；

在隔热气冷夹具4的上端面上、沿环绕螺纹孔5的圆周加工有均匀排列的气孔与隔热气冷夹具4的中空腔体9相通，该气孔的数量为偶数，其中，按顺序排列为偶数字的气孔是排气孔10，按顺序排列为奇数字的气孔是进气孔11。

所述气孔数为8～12个。进气孔11通过管路与空气压缩机连接。

在过渡夹具7的侧壁上设置有环形定位凸台12，该凸台12座落在隔热气冷夹具4的螺纹孔5外缘的上端面上。