[发明专利]一种涂层长时高温弯曲实验装置及方法

权利要求书

1.一种涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，包括应力加载器件，所述应力加载器件包括限位支架、可替换测试台、可替换压头以及配重模块；

其中，所述限位支架包括支撑杆以及相对设置的顶座和底座，所述支撑杆的两端分别与所述顶座和所述底座连接；

所述可替换测试台设置于所述底座的朝向所述顶座的一侧表面；

所述可替换压头用于对放置于所述可替换测试台的待测涂层试样施加压力；所述配重模块加设于所述可替换压头上以用于对所述可替换压头进行配重。

2.根据权利要求1所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述支撑杆的数量为多根，多根所述支撑杆沿所述顶座和所述底座的边沿设置，所述可替换测试台的边缘抵接所述支撑杆；

优选地，多根所述支撑杆等距间隔设置。

3.根据权利要求1所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述可替换测试台包括测试台本体以及接触件；

所述测试台本体位于所述底座的朝向所述顶座的一侧表面，且所述测试台本体的边缘抵接所述支撑杆；所述接触件设置于所述测试台本体的上表面以为待测涂层试样提供接触位点。

4.根据权利要求3所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述接触件包括第一接触条和第二接触条，所述第一接触条和所述第二接触条以所述测试台本体的中心为对称轴对称设置；

或，所述接触件包括第一接触球、第二接触球和第三接触球，所述第一接触球、所述第二接触球和所述第三接触球等距间隔设置且所述第一接触球的球心、所述第二接触球的球心和所述第三接触球的球心距离所述测试台本体的中心的距离相等。

5.根据权利要求4所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述可替换压头包括加压部、连接杆以及承载部；

所述顶座开设有限位孔，所述加压部用于在实验过程中与所述待测涂层试样的表面接触，所述连接杆的一端与所述加压部连接，另一端穿过所述限位孔并向远离所述底座的方向支出并与所述承载部连接；所述配重模块承载于所述承载部；

优选地，所述连接杆的轴线、所述限位孔的孔心、所述测试台本体的中心、所述承载部中心以及所述配重模块中心均共线。

6.根据权利要求5所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述加压部呈圆台型；

当所述接触件包括第一接触条和第二接触条时，所述加压部呈上小下大的正向圆台型，且所述加压部的底部还具有第三接触条和第四接触条以与所述第一接触条和所述第二接触条配合对所述待测涂层试样形成四个接触位点；

当所述接触件包括第一接触球、第二接触球和第三接触球时，所述加压部呈上大下小的反向圆台型；

优选地，所述第三接触条和所述第四接触条以所述测试台本体的中心为对称轴对称设置；

优选地，呈反向圆台型的所述加压部的下端部与所述待测涂层试样的接触位置为所述测试台本体的中心位置。

7.根据权利要求5所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述配重模块呈圆环状，所述配重模块穿过所述连接杆并加载于所述承载部。

8.根据权利要求1所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述应力加载器件由高温结构陶瓷经烧结或增材制造而得；

优选地，所述高温结构陶瓷包括氧化铝或碳化硅。

9.根据权利要求1-8任一项所述的涂层长时高温弯曲实验装置，其特征在于，所述涂层长时高温弯曲实验装置还包括加热器件，所述加热器件用于对所述待测涂层试样进行加热；

优选地，所述加热器件包括马弗炉、卤素灯或激光源。

10.一种涂层长时高温弯曲实验方法，其特征在于，包括以下步骤：采用权利要求1-9任一项所述的涂层长时高温弯曲实验装置，通过应力加载器件对待测涂层试样施加恒定弯曲载荷并同时通过加热器件对所述待测涂层试样进行加热，使所述待测涂层试样在高温环境中形成沿厚度方向的梯度应力场；

优选地，应力加载器件对待测涂层试样施加恒定弯曲载荷包括单轴弯曲模式和双轴弯曲模式；其中，单轴弯曲模式对应四点弯曲加载方式，双轴弯曲模式对应活塞-三球加载方式；

优选地，当采用四点弯曲加载方式时，待测涂层试样呈长条状，接触件包括第一接触条和第二接触条，加压部呈上小下大的正向圆台型，且加压部的底部还具有第三接触条和第四接触条以与第一接触条和第二接触条配合对待测涂层试样形成四个接触位点；

相应的拉应力或压应力的极值按以下方式计算：3PL/4wb²；其中，P为可替换压头以及配重模块的总重力，L为第一接触条与待测涂层试样的接触位点同第二接触条与待测涂层试样的接触位点之间的距离，w为待测涂层试样的宽度，b为待测涂层试样的厚度；

优选地，所述第三接触条与待测涂层试样的接触位点同第二接触条与待测涂层试样的接触位点之间的距离为L的一半；

优选地，当采用活塞-三球加载方式时，待测涂层试样呈圆形，接触件包括第一接触球、第二接触球和第三接触球，第一接触球、第二接触球和第三接触球等距间隔设置且第一接触球的球心、第二接触球的球心和第三接触球的球心距离测试台本体的中心的距离相等；加压部呈上大下小的反向圆台型且加压部的下端部与待测涂层试样的接触位置为测试台本体的中心位置；第一接触球、第二接触球、第三接触球以及加压部的下端部配合对待测涂层试样形成四个接触位点；

相应的拉应力或压应力的极值按以下方式计算：0.2387P(X-Y)b²；其中，X与Y分别为(1+v)[1+ln(r₁/r₃)²]+(1-v)(r₁/r₃)²与(1+v)ln(r₂/r₃)²+[(1-v)/2](r₂/r₃)²；P为可替换压头以及配重模块的总重力，b为待测涂层试样的厚度，v为待测涂层试样的泊松比，r₁为第一接触球、第二接触球和第三接触球共同所在圆的半径，r₂为加压部的下端部与待测涂层试样的接触面的半径，r₃为待测涂层试样的半径。