[发明专利]用于陶瓷材料降温热冲击实验的表面瞬态温度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及温度冲击试验研究领域，具体涉及一种用于陶瓷材料降温热冲击实验的表面瞬态温度测量装置。

背景技术

陶瓷材料因其熔点高，且在高温下具有很好的化学及物理稳定性等优异性能而被广泛应用于高温结构领域，如导弹、航天飞机等高超声速飞行器的热防护材料及发动机的热端等。但是,由于飞行过程中气动加热会产生瞬态高温以及极高热流，而滑翔阶段又会经历瞬态低温，飞行器的结构部件因此要遭受由温度剧变带来的巨大热冲击。陶瓷材料自身存在的弱点脆性大、导热系数低等，使得结构部件的可靠性受到严重影响。飞行过程中结构件破坏的主要原因就是热冲击产生的瞬时温度梯度导致的材料内部热应力。因此在地面试验中测量与记录在极端热环境下，材料表面温度的动态变化过程，对于高超声速飞行器的热防护与安全设计有着极为重要的实际意义。

抗热冲击性能研究的实验方法主要有两种：一种是加热冲击，另一种是冷却热冲击。目前用于陶瓷材料热冲击研究的表面瞬态温度测量装置，主要用于研究加热冲击，采用将测温热电偶粘接或压接在材料表面的方式。采用粘接的方式，在高温下容易脱胶分离导致表面温度测量不准确，且粘接层有一定的厚度，影响热传导速度，测温热电偶不能立即反应出材料表面温度的急速变化。而压接的方式，只能研究电偶和试件固定不动情况下的加热冲击，难以研究需要将试件和电偶同时从热环境快速转移到冷环境的冷却热冲击情况。

由于陶瓷材料表面受到拉应力(急冷时)比受到压应力(急热时)更容易引起破坏，所以陶瓷材料的急冷比急热更危险，冷却热冲击的相关研究也同样非常重要。因此，必须开发新的用于陶瓷材料降温热冲击研究的表面瞬态温度测量装置，来可靠地记录高超声速飞行器降温热冲击试验过程中材料表面温度场的动态变化情况，以保证试验的可靠性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于陶瓷材料降温热冲击实验的表面瞬态温度测量装置，该装置能够准确和可靠地测量与记录高超声速飞行器降温热冲击试验过程中，陶瓷材料试件表面温度场的高速动态变化，且结构简单，使用方便，为导弹、航天飞机等高超声速飞行器的热强度校核与安全防护设计提供可靠的试验依据。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种用于陶瓷材料降温热冲击实验的表面瞬态温度测量装置，其特征在于包括：测温热电偶、陶瓷材料试件、金属丝、导线和计算机；所述的测温热电偶采用铠装热电偶，在陶瓷材料试件表面加工有一个与测温热电偶前端的感温部大小匹配的浅形凹槽，测温热电偶前部呈弧形，使热电偶前端感温部对准并落入浅形凹槽之内；所述金属丝将测温热电偶紧贴陶瓷材料试件缠绕并固定在一起；测温热电偶将感知到的瞬态温度信号转变为电信号，经导线送入计算机进行存储与计算。

优选地，所述金属丝采用直径为0.3-0.5mm的细铜丝。

本发明具有以下优点及突出新的技术效果：①铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，且具有一定的强度，与试件固定好后可以带同试件一起进出加热炉和冷却介质，进而全程实时测量、记录试件表面的瞬态温度变化。②细铜丝柔韧性好，方便缠绕固定热电偶和试件，而且铜的导热性好，直径很小的情况下基本不影响热冲击试验中对试件表面热传递的影响。③由于热电偶前端感温部没有粘接覆盖层，热电偶感温部可迅速感知陶瓷材料表面温度场的急速瞬态变化参量，通过计算机记录，并计算出冷却热冲击试验过程中，陶瓷材料表面温度的高速变化曲线，使试验结果准确、可靠。④该装置还具有结构简单，易操作，实用性强等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为使用本发明测得的某ZrB₂基陶瓷材料试件在600℃热冲击过程中试件表面的温度变化曲线图。

图3为图2中降温段曲线对应的微分曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。