[发明专利]一种用于陶瓷材料升/降温热冲击试验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种用于陶瓷材料高效升/降温热冲击试验装置及测试方法，属于高温陶瓷材料的试验设备。它包括两个从上至下重叠的第一环境模块(2)和第二环境模块(8)，第一环境模块(2)顶部装有试件框导向架(10)，侧面装有气动拉杆(12)，批量试件(9)固定在试件框(11)中，试件框(11)插入试件框导向架(10)中，试件框(11)底部与伸出的气动拉杆(12)接触，第二环境模块(8)底部装有缓冲装置(14)。本发明的优点是：在陶瓷材料的升/降温抗热冲击性能测试中，热冲击初始温度及目标温度跨度大(室温到3000℃)且都能精确控制，一次试验可对批量试件同时进行热冲击测试，试验环境稳定且试验效率高，试验结果的可靠性高、精度高。

技术领域

本发明属于陶瓷材料抗热冲击性能测试研究领域，具体涉及一种用于陶瓷材料在大跨度初始温度及目标温度下的高效率升/降温热冲击试验装置及测试方法。

技术背景

陶瓷材料因其高温下保持较高的强度、密度低且具有很好的物理化学稳定性等优点常被用在高温结构领域，例如高超音速飞行器的热防护系统及发动机热端。高超声速飞行器跨大气层机动飞行时，经历上升-巡航-下降以及突防等过程，气动加热严重，致使面临升温热冲击和降温热冲击等过程，并且热冲击初始温度及目标温度变化幅度大。作为高温结构材料的陶瓷材料，在服役历程中往往遭受大跨度温度范围的急剧升/降温热冲击过程而发生破坏。因此，研究陶瓷材料的抗热冲击性能显得尤为重要。然而，目前还没有既能实现升温热冲击也能实现降温热冲击的试验装置和测试方法。并且，针对目前国内外能够实现升温热冲击的设备，其热冲击初始温度只能是室温；针对目前的降温热冲击设备，热冲击初始温度最高为仅为2000℃，很难满足当前对飞行器在实际服役过程中材料遭受大跨度初始温度及目标温度下的抗热冲击性能研究的需求，因此急需研制能更好实现高温陶瓷材料升/降温抗热冲击性能测试的试验装置及测试方法。

中国专利文献CN104483224A于2015年1月14日公开了“一种用于陶瓷材料升温热冲击的试验箱”，该装置包括密封炉和加热炉，加热炉由加热炉底座支撑在密封炉内底面上，密封炉顶部装有气缸，与气缸活塞连接的气缸活动杆伸入密封炉顶部中心孔内连接试件夹持机构，密封炉内顶面装有竖直向下的导向丝，导向丝下端穿过加热炉顶孔系在加热炉内的支架上，支架上面安放有缓冲垫，加热炉顶孔中塞有隔热的碳毡片。该专利申请实现了陶瓷试件的表面加热均匀，能精确地控制热冲击的目标温度。但是该实验箱存在以下问题：

1、能够营造的最高温度为2000℃，远远达不到高温结构材料在实际服役时遭受的升温热冲击目标温度；

2、只能实现陶瓷材料的升温热冲击试验，无法完成降温热冲击试验；

3、热冲击初始温度只能为室温，不能实现不同初始温度条件下的升温热冲击试验；

4、在进行热冲击试验前没有设计专门的腔室存放试件，且夹持试件距离加热炉比较近，初始温度容易受加热炉的高温辐射；

5、一次试验只能夹持一个试件，且耗费时间长久，试验效率低。

以上问题使此实验箱只能实现较小温差条件下的升温热冲击试验，且热冲击初始温度只局限在室温不能调节、目标温度局限在2000℃以下，导致试验结果难以表征陶瓷材料在大跨度温度下的抗热冲击性能，严重影响了此类材料的研制与应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种用于大跨度初始温度及目标温度下的既能实现陶瓷材料升温热冲击又能实现降温热冲击的试验装置和测试方法，它能够实现从室温到3000℃大跨度温度范围内的升/降温热冲击试验，热冲击初始温度及目标温度都能够准确控制，且都可在室温到3000℃区间任意选择，同时一次试验可对批量试件进行热冲击，保证了同批试件热冲击试验环境的一致性，增加了测试精度并且大大提高了试验效率。