解決方案

高溫試驗(yàn)系統(tǒng)選擇要點(diǎn)

高溫力學(xué)試驗(yàn)常識(shí)

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超高溫結(jié)構(gòu)陶瓷力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備選擇方法

2017-06-01

隨著我國(guó)航空、航天技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪葉片材料向著更為耐高溫、更輕質(zhì)化、更高強(qiáng)度的方向發(fā)展，其中C-SiC復(fù)合結(jié)構(gòu)材料因其優(yōu)異的性能，成為國(guó)內(nèi)眾多高校、科研院所的研究對(duì)象，而高溫力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備是科研過(guò)程中不可或缺的技術(shù)條件之一。

在試驗(yàn)設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)綜合分析如下影響因素，以便進(jìn)行設(shè)計(jì)方案更為合理、完善，從而降低制造成本。

【參照2700℃高溫真空力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)】

1、溫度范圍：

在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，首先應(yīng)明確實(shí)際的使用溫度，其工作溫度多為600～2000℃，其極限溫度按照2200℃設(shè)計(jì)即可，如按照2500℃極限溫度選擇，需增大爐腔尺寸、更改局部結(jié)構(gòu)，更換可耐更高溫度的元件、試驗(yàn)機(jī)的空間也要響應(yīng)加大，從而提高了采購(gòu)成本。

2、設(shè)備功能

高溫環(huán)境下的拉伸、壓縮、彎曲、剪切試驗(yàn)都可在該套設(shè)備上完成，因該類試驗(yàn)無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可遵循，試樣規(guī)格應(yīng)在滿足要求的前提下盡量縮小物理尺寸，以便于降低制造成本。

3、加熱方式

該溫度范圍的高溫真空系統(tǒng)，有兩種材質(zhì)的加熱體可供選擇：1）石墨2）W合金，當(dāng)試驗(yàn)對(duì)象為C基復(fù)合材料或C-SiC復(fù)合材料時(shí)，高溫腔體中存在游離的C可與W合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成碳化鎢，使發(fā)熱體產(chǎn)生龜裂，裂紋擴(kuò)展至發(fā)熱體深部而發(fā)生脆斷，因此只能選擇高強(qiáng)石墨作為發(fā)熱體。

4、真空機(jī)組

真空機(jī)組可選擇的有分子泵、擴(kuò)散泵、機(jī)械泵。因爐腔內(nèi)發(fā)熱體為石墨、保溫材料為碳?xì)?，均為高揮發(fā)性材料。而分子泵抗污染能力差，只能選擇擴(kuò)散泵+機(jī)械泵組合，也可再配置羅茨泵加大抽速，加快工作節(jié)拍。

5、環(huán)境真空度

因爐腔內(nèi)高揮發(fā)性材料體積較大，并且在試驗(yàn)過(guò)程中持續(xù)揮發(fā)，因此工作真空度為10-2Pa量級(jí)。

6、測(cè)溫方式

鎢錸熱電偶的理論測(cè)量范圍可達(dá)到2300℃，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，超過(guò)1830℃后離散型比較大，且鎢錸熱電偶高溫脆性使其損耗大，因此選用雙色比色計(jì)+熱電偶組合測(cè)溫的方式。

7、高溫夾具

夾具材質(zhì)可選用C-C復(fù)合材料和W合金材料制造。C-C復(fù)合材料具有獲得容易、加工性能良好、高溫強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，特別適合于制造壓縮、彎曲夾具。W合金夾具具有高溫強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但是精密加工難，高溫與游離C化學(xué)反應(yīng)的缺點(diǎn)，但仍可作為長(zhǎng)時(shí)間使用的夾具材料。

8、變形測(cè)量

在高溫環(huán)境下進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，其變形測(cè)量相對(duì)于室溫環(huán)境，情況要復(fù)雜的多：不能用肉眼直接觀察、試驗(yàn)過(guò)程中不可進(jìn)行調(diào)整、升溫過(guò)程測(cè)量裝置及試樣熱膨脹、測(cè)量裝置的材質(zhì)選擇、變形傳感器的耐高溫性能等，各種因素均可能影響測(cè)量結(jié)果。

在該套高溫真空試驗(yàn)系統(tǒng)中，可選擇C-C復(fù)合材料制造，多采用雙邊平均值法；傳感器選用電感式，元件具有較為優(yōu)良的耐高溫性能及良好的熱穩(wěn)定性，是高溫試驗(yàn)的佳選。

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