[实用新型]可同时测量陶瓷材料弹性模量与气密性的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于核反应堆材料测量技术领域，涉及一种可同时测量陶瓷材料弹性模量与气密性的测量装置。

背景技术

高温气冷堆是我国最有发展前景的反应堆堆型之一，其高温工艺热应用于制氢时，需要一个中间热交换器将反应堆的热量引入工艺系统。当堆芯出口温度在1000℃左右时，热交换器虽可选择现有的耐高温合金材料，但考虑到堆芯出口超过1000℃，或者瞬时工况、事故工况时，则必须开发新型的耐高温碳化硅陶瓷材料。

由于这种换热器在运行中处于高温高压差环境下，所以需要考虑在高温高压工况下，换热器所用的材料是否能满足机械性能要求；另外，由于需要避免产品氢气受到氦气的污染（反应堆冷却剂氦气从热交换器的热侧渗透到冷侧），则需要研究热交换器材料在高压差下的气密性。

碳化硅陶瓷材料是制作高温换热器的有前景的备选材料，由于碳化硅陶瓷材料的固有脆性，承受较大形变时容易碎裂，所以需对材料进行杨氏模量的测定；而且碳化硅陶瓷材料的致密性差，应用于高温换热器时需覆涂层以减少氦气渗透，所以需要对覆涂层的材料进行气密性实验。

对杨氏模量的测量，最传统的方法是静态法，该方法要求被测样品需要具备一定的韧性，但是碳化硅陶瓷材料的脆性使其不能够承受稍微大一点的形变，故静态法无法测出其弹性模量的值。目前能测这种脆性材料的弹性模量的方法主要有经过改进的静态法、声频法、压环法等，但这些方法测量过程过于复杂，或者代价过于高昂，而且这些方法在不能对材料的氦气渗透常数进行测量。

传统的杨氏模量测量仪无法测定脆性材料的杨氏模量，且需额外实验测定高压氦气对其的渗透常数，而设计出一套既能够准确测定碳化硅陶瓷材料的杨氏模量，又能够准确测定高压下氦气对材料的渗透常数的实验装置，在工程领域，特别是核能制氢工艺中，有很高的应用价值。

发明内容

本实用新型针对脆性陶瓷材料的特点，提供一种可同时测量陶瓷材料弹性模量与气密性的测量装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

该测量装置包括氦气瓶、高压软管、卡具及测量电路，卡具由上卡具和下卡具通过螺栓连接组成；

下卡具的中心部位设置圆形通孔，其上表面设置与圆形通孔同心的圆形槽，并在圆形槽内设置与圆形通孔同心的环形槽；

上卡具有两种结构形式：

第一种上卡具的中心部位设置圆形通孔，其下表面设置与圆形通孔同心的圆形槽，并在圆形槽内设置与圆形通孔同心的环形槽；该圆形通孔的内径、圆形槽的内径及环形槽的内外径均分别与下卡具的圆形通孔内径、圆形槽的内径及环形槽的内外径相同；

第二种上卡具的中心部位设置圆形通孔，其下表面设置与圆形通孔同心的圆形槽，并在圆形槽内设置与圆形通孔同心的环形槽；该圆形槽的内径及环形槽的内外径均分别与下卡具的圆形槽的内径及环形槽的内外径相同，该圆形通孔的内径大于下卡具圆形通孔的内径，且小于环形槽的内径；

氦气瓶通过高压软管与下卡具的圆形通孔连接；上卡具和下卡具的环形槽内分别放置O型环，试样放置于上卡具和下卡具间的圆形槽内；

所述测量电路为惠斯通电桥电路，与第二种上卡具配合使用，具体结构为：电阻R₁、R₂、R₃、R_g依次连接构成电桥，R₁与R₂之间、R₂与R₃之间、R₃与R_g之间、R_g与R₁之间的连接点分别定义为A点、B点、C点和D点；在电桥的C点和D点间设置电压输出表V_out，电桥的A点和B点间设置电压输入表V_in，电桥的A点与电源负极连接，电桥的B点与滑动变阻器R_r连接后与电源的正极连接；R_g为电阻应变片，粘贴于试样的上表面。

所述高压软管上设置减压阀及气压表。

所述第二种上卡具的圆形通孔的上部设置锥面的倒角。

本实用新型的有益效果为：

可以用同一套装置测量脆性陶瓷材料（如碳化硅）的杨氏模量和氦气渗透常数，成本低廉，结构简单。

附图说明

图1是本实用新型所述的实验装置的整体结构示意图。

图2是第一种上卡具的结构示意图。

图3是第二种上卡具的结构示意图。

图4是下卡具的结构示意图。