[发明专利]一种高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置

权利要求书

1.一种高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置，其特征在于包括：固定平台(1)、激光扫描位移测量仪(2)、炉壳升降装置(85)、炉壳(3)、测量主体(4)、加热炉体(8)、被测样件(9)和恒温基准台(11)；其中，

所述炉壳升降装置(85)设置于所述固定平台(1)的上部；所述炉壳升降装置(85)与所述炉壳(3)相连接，所述炉壳升降装置(85)能够带动所述炉壳(3)上下移动；

所述激光扫描位移测量仪(2)、所述炉壳(3)和恒温基准台(11)均设置于所述固定平台(1)的上部；

激光扫描位移测量仪(2)、炉壳(3)、测量主体(4)、加热炉体(8)、被测样件(9)和恒温基准台(11)位于炉壳升降装置(85)内部；

所述测量主体(4)位于所述炉壳(3)内，所述测量主体(4)与所述加热炉体(8)相连接；

所述被测样件(9)与所述测量主体(4)相连接；所述加热炉体(8)套于所述被测样件(9)的外表面；其中，

所述激光扫描位移测量仪(2)包括激光发射装置(101)、激光接受装置(102)和数据处理与控制仪表(103)；其中，激光发射装置(101)和激光接受装置(102)分别置于炉壳(3)的两侧，并通过螺钉固定于固定平台(1)上；

所述炉壳升降装置(85)包括第一不锈钢支撑杆(1051)、第二不锈钢支撑杆(1052)、第三不锈钢支撑杆(1053)、第四不锈钢支撑杆(1054)、第一下横梁、第二下横梁、上盖板(109)、两根不锈钢导轨(120)、升降电机(108)、起吊钢丝绳(110)、垂直移动横梁(111)和导向滑套；其中，

第一不锈钢支撑杆(1051)的一端、第二不锈钢支撑杆(1052)的一端、第三不锈钢支撑杆(1053)的一端和第四不锈钢支撑杆(1054)的一端分别设置于所述固定平台(1)的四个顶角位置；

第一不锈钢支撑杆(1051)的另一端、第二不锈钢支撑杆(1052)的另一端、第三不锈钢支撑杆(1053)的另一端和第四不锈钢支撑杆(1054)的另一端均与所述上盖板(109)相连接；

第一下横梁的一端与第一不锈钢支撑杆(1051)的中间位置相连接，第一下横梁的另一端与第四不锈钢支撑杆(1054)的中间位置相连接；

第二下横梁的一端与第二不锈钢支撑杆(1052)的中间位置相连接，第二下横梁的另一端与第三不锈钢支撑杆(1053)的中间位置相连接；

一根不锈钢导轨(120)的一端与所述上盖板(109)相连接，一根不锈钢导轨(120)的另一端与第一下横梁的中间位置相连接；

另一根不锈钢导轨(120)的一端与所述上盖板(109)相连接，另一根不锈钢导轨(120)的另一端与第一下横梁的中间位置相连接；

所述升降电机(108)设置于所述上盖板(109)的上部；

所述起吊钢丝绳(110)的一端与所述升降电机(108)相连接，所述起吊钢丝绳(110)的另一端穿过垂直移动横梁(111)固定于炉壳(3)的上法兰上；

所述垂直移动横梁(111)的下表面与炉壳(3)的上法兰相连接；

所述垂直移动横梁(111)的两端焊接导向滑套，每个导向滑套套于相对应的不锈钢导轨(120)的外表面；

所述固定平台(1)的下端面分别焊接1个抽真空管接头、1个不少于10芯的航空密封接头、2个水冷电极、1个充放气管接头和循环恒温冷却水进出接头；其中，真空管接头的直径为25mm，真空管接头通过抽真空用橡胶软管与外部的机械泵连接；2个水冷电极外接220V,电流不大于15A的电源；充放气管接头与外部的放气阀相连接；

所述固定平台(1)的下部连接有第一支撑腿(1151)、第二支撑腿(1152)、第三支撑腿(1153)、第四支撑腿(1154)、第一平面调节腿(1181)、第二平面调节腿(1182)、第三平面调节腿(1183)和第四平面调节腿(1184)；其中，

所述第一支撑腿(1151)的一端与所述第一不锈钢支撑杆(1051)相连接，所述第一支撑腿(1151)的另一端与所述第一平面调节腿(1181)相连接；

所述第二支撑腿(1152)的一端与所述第二不锈钢支撑杆(1052)相连接，所述第二支撑腿(1152)的另一端与所述第二平面调节腿(1182)相连接；

所述第三支撑腿(1153)的一端与所述第三不锈钢支撑杆(1053)相连接，所述第三支撑腿(1153)的另一端与所述第三平面调节腿(1183)相连接；

所述第四支撑腿(1154)的一端与所述第四不锈钢支撑杆(1054)相连接，所述第四支撑腿(1154)的另一端与所述第四平面调节腿(1184)相连接；

所述测量主体(4)包括拱门型水冷支架(22)、压固套筒(23)、夹持部分(5)、上支撑板(19)、下支撑板(17)、隔热绝缘套(13)、吊锤定位套(16)和吊锤定位套支撑板(15)；其中，

所述拱门型水冷支架(22)的两端分别通过压固套筒(23)与固定平台(1)相连接，并与固定平台(1)下端的循环恒温冷却水进出接头连接；

所述夹持部分(5)、所述上支撑板(19)、所述下支撑板(17)和所述吊锤定位套支撑板(15)从上至下依次固定于拱门型水冷支架(22)上；

所述上支撑板(19)和所述下支撑板(17)之间的距离，比加热炉体(8)的高度大5～8mm，加热炉体(8)放置于下支撑板(17)上面，加热炉体(8)的下底面和下支撑板(17)上表面之间放置隔热材料；

所述上支撑板(19)所开的通孔中心、所述加热炉体(8)中心、所述下支撑板(17)所开的通孔中心和所述吊锤定位套(16)中心在一条垂直直线上；

所述被测样件(9)从上支撑板(19)所开的通孔、加热炉体(8)、下支撑板(17)所开的通孔和吊锤定位套(16)中心垂直穿过；

所述被测样件(9)中的碳纤维试样(6)的上端固定于夹持部分(5)上；

所述加热炉体(8)包括内石英管(28)、外石英管(30)、发热体(29)、隔热夹层(31)和热反射不锈钢套管(32)；其中，

所述外石英管(30)的直径大于内石英管(28)的直径5～6mm,所述外石英管(30)与所述内石英管(28)的管壁厚度一致；

所述外石英管(30)与所述内石英管(28)间夹入直径的发热体(29)；

所述外石英管(30)的外标面铺设厚度3～5mm的隔热夹层(31)，隔热夹层(31)的外表面套入厚度为1mm的热反射不锈钢套管(32)；

所述内石英管(28)的内部插入3～5支K型热电偶，K型热电偶通过固定平台(1)的底部的航空密封接头与外面的测温与控温仪表连接，发热体(29)的电源引线接入固定平台(1)底部固定的2个水冷电极上；

所述夹持部分(5)包括两个夹具；其中，

两个夹具按照拱门型水冷支架(22)的长度方向设置于拱门型水冷支架(22)上；

每个夹具包括第一压紧螺杆(201)、第一压块(202)、第一半球形压块(203)、第一连接件(204)、第二压紧螺杆(2012)、第二压块(2022)、第二半球形压块(2032)和第二连接件(2042)；其中，所述第一连接件(204)的一端与所述第一压紧螺杆(201)相连接，所述第一连接件(204)的另一端与所述拱门型水冷支架(22)相连接，所述第一压紧螺杆(201)与所述第一压块(202)的一端相连接，所述第一压块(202)的另一端与所述第一半球形压块(203)相连接；所述第二连接件(2042)的一端与所述第二压紧螺杆(2012)相连接，所述第二连接件(2042)的另一端与所述拱门型水冷支架(22)相连接，所述第二压紧螺杆(2012)与所述第二压块(2022)的一端相连接，所述第二压块(2022)的另一端与所述第二半球形压块(2032)相连接；所述碳纤维试样(6)的上端被夹于第一半球形压块(203)与第二半球形压块(2032)之间；

所述被测样件(9)包括碳纤维试样(6)和吊锤(60)；其中，

所述吊锤(60)的上端面和下端面均为平面，上端面中心开直径1mm的通孔，内径不大于3mm,壁厚为0.5～1mm，由低膨胀因瓦钢制作；

所述碳纤维试样(6)的下端用不锈钢薄膜卷起压扁成宽度2～2.5mm并从吊锤(60)上端面的通孔中穿过；

所述吊锤(60)设置于吊锤定位套(16)中，所述吊锤(60)的下端面与恒温基准台(11)的距离为1～1.5mm；

激光发射装置(101)发出的激光经准直系统和反射镜后,入射到以等角速度ω转动的扫描转镜上,反射出的光束则以2ω角速度对扫描光学系统扫描,成为平行于光轴的高速扫描光束,经光阑和直角棱镜分光后,分别照射到固定反射镜和可移动反射镜上,对光束进行扩展分光,两束出射光分别对炉壳(3)内的被测样件(9)中的吊锤(60)下端面和恒温基准台(11)上端面之间的间距进行扫描，经激光接受装置(102)中的光阑和滤光片,把携带有被测信息的扫描光束会聚到光电接收器上,经数据处理与控制仪表(103)中的电子学系统及微机实时数据处理后,直接显示出被测样件(9)在不同温度下热膨胀量的测量结果。

2.根据权利要求1所述的高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置，其特征在于：所述炉壳(3)为双层结构，内充冷却水，底部焊接密封用法兰盘，法兰盘通过O型密封圈和螺钉与固定平台(1)固定密封。