[发明专利]一种陶瓷基复合材料高温水氧试验系统及方法

权利要求书

1.一种陶瓷基复合材料高温水氧试验系统，其特征在于：包括混合气体发生装置(1)、预混预热室(2)、电液伺服疲劳试验机(3)、高温炉(7)、耐高温石英管(8)、尾气处理装置(29)及DIC非接触式应变测量装置(28)；其中：

所述混合气体发生装置(1)包括若干个气体发生器，每个气体发生器的出口处均安装有流量开关(22)、温度传感器(26)、压强传感器(27)，每个气体发生器均通过导气管与预混预热室(2)连接；若干个气体发生器为氧气罐、氮气罐、二氧化碳罐及水蒸气发生器；

所述预混预热室(2)中安装有第一气体成分传感器(30)；

所述电液伺服疲劳试验机(3)上设置有支架(4)，支架(4)的顶部设置有横梁(5)，横梁(5)能够相对于支架(4)上下调节高度；横梁(5)底部设置有上作动筒(25)，电液伺服疲劳试验机(3)的顶面上设置有下作动筒(6)，上作动筒(25)和下作动筒(6)相对应；

所述高温炉(7)安装于上作动筒(25)和下作动筒(6)之间；高温炉(7)的一个面上开设有观测视窗(16)；

所述耐高温石英管(8)位于高温炉(7)内，用于放置陶瓷基复合材料试验件(11)，耐高温石英管(8)开设有进气口(14)和排气口(13)，进气口(14)通过导气管与预混预热室(2)连接，排气口(13)通过导气管与尾气处理装置(29)连接；进气口(14)处安装有石英管进气流量开关(21)，排气口(13)处安装有第二气体成分传感器(24)和石英管排气流量开关(23)；

所述DIC非接触式应变测量装置(28)的图像采集部件正对高温炉(7)的观测视窗(16)。

2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料高温水氧试验系统，其特征在于：所述第一气体成分传感器(30)与混合气体发生装置(1)的流量开关(22)关联。

3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料高温水氧试验系统，其特征在于：所述高温炉(7)为对开式结构，由相同的两半部分组成。

4.根据权利要求1或3所述的陶瓷基复合材料高温水氧试验系统，其特征在于：所述耐高温石英管(8)上端通过螺纹连接有带孔的上活塞(18)，所述上作动筒(25)穿过上活塞(18)中的孔，耐高温石英管(8)下端通过螺纹连接有带孔的下活塞(19)，所述下作动筒(6)穿过下活塞(19)中的孔；所述上活塞(18)与耐高温石英管(8)通过紧定旋钮(12)固定在上作动筒(25)上；上作动筒(25)的底部连接有上夹头(10)，下作动筒(6)的顶部连接有下夹头(20)，上夹头(10)和下夹头(20)之间用于安装陶瓷基复合材料试验件(11)。

5.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料高温水氧试验系统，其特征在于：所述上夹头(10)和下夹头(20)中开设有相对应的梯形槽(15)，梯形槽(15)中用于嵌入陶瓷基复合材料试验件(11)，梯形槽(15)外边缘嵌入有梯形盖片(31)，并通过螺钉(17)连接梯形盖片(31)与梯形槽(15)。

6.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料高温水氧试验系统，其特征在于：所述上作动筒(25)上安装有高度控制器(9)。

7.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料高温水氧试验系统，其特征在于：所述尾气处理装置(29)为可燃气体燃烧装置。

8.一种陶瓷基复合材料高温水氧试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤101：在室温条件下，拧开下活塞(19)，松开上活塞(18)上的紧定螺钉(12)，沿下作动筒(6)向上滑动耐高温石英管(8)，露出上夹头(10)后将紧定螺钉(12)拧紧，固定耐高温石英管(8)于上作动筒(25)上；

步骤102：用高度控制器(9)调节上夹头(10)和下夹头(20)的间距，直到上夹头(10)和下夹头(20)的距离等于陶瓷基复合材料试件(11)的长度，将陶瓷基复合材料试件(11)放入梯形槽(15)中，盖上梯形盖片(31)，然后拧紧螺钉(17)；

步骤103：松开紧定螺钉(12)，沿下作动筒(6)向下滑动耐高温石英管(8)，使耐高温石英管(8)完全罩住陶瓷基复合材料试件(11)，拧紧下活塞(19)，再拧紧紧定螺钉(12)，使耐高温石英管(8)上端固定于上作动筒(25)上；耐高温石英管(8)下端则为自由端，能够与下活塞(19)一起紧下贴机械臂(19)上下滑动；

步骤104：用石棉堵住下活塞(19)与下作动筒(6)之间的缝隙；

步骤105：在支架(4)上安装高温炉(7)，使其包裹住耐高温石英管(8)，同时注意不能挡住石英管(8)的进气口(14)和排气口(13)；

步骤106：设定预混预热室气体成分的目标值，打开预混预热室(2)的第一气体成分传感器(30)，待各气体成分达到目标值，打开耐高温石英管(8)的石英管进气流量开关(21)和石英管排气流量开关(23)，预混预热室(2)的气体流入耐高温石英管(8)，同时赶出耐高温石英管(8)内原有气体，直到排气口(13)的第二气体成分传感器(24)显示的气体成分与预混预热室(2)的第一气体成分传感器(30)显示的气体成分一致，关闭石英管进气流量开关(21)和石英管排气流量开关(23)；

步骤107：将预混预热室(2)加热到800℃，高温炉(7)加热至1800℃；

步骤108：启动电液伺服疲劳试验机(3)对陶瓷基复合材料试件(11)施加疲劳载荷，并用DIC非接触式应变测量装置(28)通过观测视窗(16)观察陶瓷基复合材料试件(11)是否产生裂纹；

步骤109：电液伺服疲劳试验机(3)停止工作后，控制高温炉降温至800℃，再控制预混预热室(2)和高温炉(7)内温度一同降至室温。