[发明专利]导电类热防护材料冷/热循环热冲击试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种热冲击试验装置，具体地说是一种针对极端服役条件下的高温热防护材料(具有导电性)冷/热循环热冲击的试验装置。

背景技术

随着我国空间技术的快速发展和跨越式进步，具有尖锐前缘外形和长时间亚轨道高超声速飞行特征的空间飞行器必将成为我国未来20年的重要发展方向。高超声速(M≥5)、长时间的服役特征对飞行器的热防护材料和结构提出了严峻的挑战，尤其是对抗氧化材料的耐温极限和耐久性、抗热冲击能力以及高温氧化和复杂载荷条件下的轻质强韧化等性能提出了苛刻的要求。目前能够胜任极端环境要求的材料主要集中在超高温陶瓷材料、C/C复合材料以及C/SiC等复合材料，其中ZrB₂因具有相对较低的密度(6.09g·cm^-3)、熔点高(3245℃)、硬度高(莫氏硬度为9，显微硬度为22.1GPa)、导热性好(热导率为23～25W·m^-1·K^-1)、导电性好(常温电导率为～1×10⁸S·m^-1)等特点成为高超声速飞行器关键部位最具潜力的候选材料；但由于以超高温陶瓷为代表的陶瓷类高温热防护材料的本征脆性，使得超高温陶瓷材料在热冲击环境下易发生灾难性的破坏。因此大幅度提高超高温陶瓷材料的抗热冲击性能是其广泛应用亟待解决的问题，合理准确的进行超高温陶瓷材料抗热冲击性能的评价与表征，探寻抗热冲击性能的主要控制因素，具有重大而深远的意义。

目前评价和表征高温热防护材料的手段主要为水淬火法、氧乙炔以及电弧风洞；其中水淬法与材料实际遭受的环境相反，虽然环境更加恶劣但会使材料设计过于保守，且加热和淬火间隔的温度损失无法测量，使得评价材料热冲击性能存在很大的不确定性，结果差异性较大；氧乙炔、电弧风洞能够真实再现气动流场，能够有效表征材料升温热冲击过程，但操作繁琐、成本高，仅能实现升温热冲击的过程；无法表征高超声速飞行器飞行全飞行走廊中升温/降温以及快速循环热冲击过程。

基于此，本发明的目的是针对以ZrB₂基超高温陶瓷材料为代表导电类热防护材料，结合通电加热和水淬法的特点，提供给一种快速升温/降温循环热冲击的实验装置，用以评价与表征材料抗热冲击性能。

发明内容

本发明的目的是针对以碳/碳、超高温陶瓷为代表的导电类热防护材料，利用快速电阻加热和淬火急冷原理评价热防护材料高温氧化、热冲击等使用性能的一种导电类热防护材料冷/热循环热冲击试验装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种导电类热防护材料冷/热循环热冲击试验装置，包括两个加热电极、供电子系统、循环冷却子系统、淬火介质喷射子系统、淬火介质排出子系统、单/双比色红外测温仪、不锈钢环境舱、淬火介质喷头和PLC控制装置，不锈钢环境舱固定于地面并与地面绝缘，两个加热电极置于不锈钢环境舱内的滑动轨道上，两个加热电极与供电子系统相连接，两个加热电极分别与循环冷却子系统相连接，淬火介质喷头置于不锈钢环境舱内导电类热防护材料试样的上方，淬火介质喷头与淬火介质喷射子系统连接，单/双比色红外测温仪置于不锈钢环境舱外，透过石英观察窗采集导电类热防护材料试样表面温度，PLC控制装置分别与供电子系统、循环冷却子系统、淬火介质喷射子系统、淬火介质排出子系统、单/双比色红外测温仪电信号连接。

本发明还具有如下特征：

1、供电设备包括接触器、调压电机、变压器、霍尔互感器、电压表和电流表，接触器输入端直接与工业电网相连，接触器输出端与调压电机输入端相连，调压电机的输出端与变压器输入端相连，变压器输出端分别与两个加热电极相连，霍尔互感器安装在变压器输出端采集电流信号后传输至PLC，电压表安装在变压器输出端采集电压信号后传输至PLC控制装置，通过PLC控制装置实现开环手动调节和闭环预设值调节。

2、所述的淬火介质喷射子系统包括淬火介质储存箱、淬火介质输送泵和电磁阀，淬火介质喷头通过不锈钢金属软管与淬火介质输送电磁阀连接，淬火介质输送电磁阀通过管道与淬火介质泵连接，淬火介质输送泵通过管道与淬火介质储存箱连接，不锈钢金属软管能够调节淬火介质喷头与导电类热防护试样高度及角度，淬火介质输送电磁阀和淬火介质输送泵分别与PLC控制装置电信号连接，实现淬火时间的可控性。