專利名稱：一種材料超高溫力學(xué)性能測試方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料在超高溫環(huán)境下的力學(xué)性能評價(jià)技術(shù)。具體地說，是利用壓痕接觸理論，通過分析高速沖擊超高溫環(huán)境下的材料表面后所留下的壓痕痕跡，進(jìn)而簡單快捷地評價(jià)材料超高溫力學(xué)性能的技術(shù)。

背景技術(shù)：
隨著新材料和新技術(shù)的飛速發(fā)展，對于耐高溫、抗腐蝕、耐磨損等的高溫結(jié)構(gòu)材料的需求越來越多，如航空發(fā)動機(jī)中的噴管材料，需承受從燃燒室噴出的2500～3100℃高溫高速燃?xì)獾臋C(jī)械沖刷，這就要求發(fā)動機(jī)的材料具有足夠的耐高溫性能?；鸺?、導(dǎo)彈、衛(wèi)星動輒上億元，如果因?yàn)檫x材不當(dāng)造成發(fā)射失敗則損失巨大。為了確保航空航天材料的性能能夠符合設(shè)計(jì)要求，航天部門曾專門下文件要求加強(qiáng)材料復(fù)驗(yàn)工作，為此專門制訂了金屬材料和非金屬材料兩項(xiàng)復(fù)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對生產(chǎn)廠家出廠合格的材料還要進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。除了常規(guī)的測試項(xiàng)目外，對有特殊要求的材料，還要研制特殊的設(shè)備進(jìn)行測試。但針對航空航天等的特殊環(huán)境和條件(如超高溫、高壓、腐蝕等嚴(yán)酷條件)，要模擬譬如火箭發(fā)射火焰對材料的影響等測試，需要研制一系列龐大的設(shè)備。另外超高溫下服役的材料(如人造飛船和航天飛機(jī)的外保護(hù)層等)往往不宜加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，因此也就無法在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按照常規(guī)的試驗(yàn)方法測試它們的力學(xué)性能，同時(shí)也沒有任何試驗(yàn)儀器可用于這些特殊環(huán)境下對材料力學(xué)性能進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)(真空環(huán)境和氣氛保護(hù)環(huán)境下有些夾具可能還能使用，但在大氣環(huán)境下很困難)。目前，國內(nèi)外對材料超高溫力學(xué)性能研究尚主要集中于拉伸試驗(yàn)的模量、強(qiáng)度和應(yīng)變的測量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足日益增長的現(xiàn)場需求。開發(fā)超高溫等極端惡劣環(huán)境中材料性能的測試方法和技術(shù)，建立和完善超高溫材料各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試、表征技術(shù)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立有關(guān)超高溫材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫是研究材料超高溫力學(xué)性能的方向。
很多在超高溫條件下使用過的部件，由于高速粒子的沖刷會留下各種各樣的殘余痕跡，它保留了最直接的環(huán)境信息和材料性能信息。材料在超高溫下的表面痕跡完全有可能再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的變形和損傷過程。因此，結(jié)構(gòu)材料在超高溫環(huán)境下的服役性能和殘余性能評價(jià)等研究完全可能通過分析材料在服役時(shí)或服役后表面的殘余痕跡、幾何尺寸，進(jìn)而評價(jià)材料當(dāng)時(shí)的各種力學(xué)性能，預(yù)測使用能力和殘余壽命。就像偵探可以通過各種蛛絲馬跡分析出來案件的緣由和經(jīng)過，法醫(yī)通過驗(yàn)尸或現(xiàn)場勘探得知案情并使真相大白于天下，材料在特殊環(huán)境下的表面痕跡完全可能再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的變形和損傷過程。如果能夠從構(gòu)件在服役時(shí)或者服役后表面的一些殘余痕跡分析出來材料當(dāng)時(shí)的各種性能，不需要再進(jìn)行后續(xù)模擬試驗(yàn)或破壞性試驗(yàn)，無疑是一項(xiàng)具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值的工作，且由于痕跡分析不需要另做樣品和試驗(yàn)，還可以節(jié)約大量經(jīng)費(fèi)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以方便、簡捷評價(jià)材料超高溫力學(xué)性能的檢測方法。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，利用常溫下材料力學(xué)性能評價(jià)方法預(yù)測超高溫力學(xué)性能，解決了材料在超高溫環(huán)境下力學(xué)性能評價(jià)困難的問題，綜合利用設(shè)備裝置的優(yōu)點(diǎn)，不需要特定的樣品和夾具，節(jié)省了大量的試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
采用本發(fā)明的技術(shù)方法，可以在實(shí)驗(yàn)室采用常溫壓痕痕跡學(xué)分析評價(jià)材料超高溫力學(xué)性能。采用乙炔加熱系統(tǒng)、便攜式紅外測溫儀監(jiān)測和帶錐形或球形壓頭陶瓷棒沖擊方法相結(jié)合的方式，不需要專門的高溫試驗(yàn)爐和氣氛保護(hù)等，達(dá)到了簡單、方便、快捷地評價(jià)材料超高溫力學(xué)性能的目的。



圖1圓錐形壓頭卸載后殘余壓痕示意圖。
圖2圓球形壓頭卸載后殘余壓痕示意圖。
圖3材料性能與殘余壓痕半角的理論關(guān)系。
圖4本發(fā)明材料超高溫力學(xué)性能檢測系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明首先從理論上建立了錐形和球形壓頭沖壓后的殘余壓痕痕跡尺寸與材料性能之間的解析關(guān)系，即把硬度與模量的比值作為一個(gè)特殊材料常數(shù)可以用來表征很多材料性能，與殘余痕跡的尺寸有解析關(guān)系，通過殘余痕跡可以評估材料力學(xué)性能。在超高溫條件下預(yù)制一個(gè)壓痕是這項(xiàng)技術(shù)的前提。本發(fā)明提供了兩種沖擊壓痕試驗(yàn)裝置，即錐形和球形壓頭陶瓷棒沖擊滑移裝置。試驗(yàn)基本步驟包括將所述材料加熱到超高溫，對所述超高溫實(shí)施即時(shí)紅外監(jiān)測，將錐形或球形壓頭陶瓷棒以合適的速度沖擊到所述材料表面，將材料自然降溫至室溫，對在所述材料表面的殘留痕跡進(jìn)行分析從而評價(jià)材料超高溫力學(xué)性能的過程。本發(fā)明所述的材料超高溫力學(xué)性能評價(jià)技術(shù)有很廣的應(yīng)用領(lǐng)域，可對不同材料在超高溫或其他特殊環(huán)境和條件要求下進(jìn)行力學(xué)性能評價(jià)。
本發(fā)明提供一種材料超高溫力學(xué)性能測試方法，是將被測樣品加熱到超高溫，并對超高溫實(shí)施即時(shí)紅外監(jiān)測，將帶有錐形或球形壓頭陶瓷棒沖擊到所述材料樣品表面后迅速撤離，在樣品表面形成一個(gè)殘余痕跡，將材料逐漸降到室溫，對材料表面殘留壓痕痕跡進(jìn)行測量，根據(jù)理論模型計(jì)算從而獲取材料在超高溫環(huán)境下的使役力學(xué)性能。
本發(fā)明實(shí)施的具體步驟有1)對材料進(jìn)行表面預(yù)處理，使其上下表面盡可能平整、光滑；2)調(diào)節(jié)滑移錐形或球形壓頭使其對準(zhǔn)樣品表面中心；3)超高溫環(huán)境的再現(xiàn)將乙炔噴頭固定在鋼座上(帶有冷卻循環(huán)水裝置)，使乙炔噴嘴對著樣品中心位置；啟動乙炔加熱系統(tǒng)，使樣品表面迅速達(dá)到超高溫范圍；同時(shí)采用便攜式紅外測溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測材料表面溫度；4)將帶有錐形或球形壓頭陶瓷棒以合適的速度沖擊到材料受熱表面后迅速撤離；5)關(guān)閉乙炔加熱系統(tǒng)，將樣品自然降溫至室溫；6)對樣品表面殘余的壓痕痕跡進(jìn)行精確測量，并根據(jù)材料壓痕痕跡學(xué)模型計(jì)算獲得超高溫力學(xué)性能。
本發(fā)明主要是采用乙炔焰將材料加熱到1600～3000℃，以合適的速度將帶有錐形和球形壓頭的陶瓷棒沖擊到材料超高溫部分，冷卻后采用常溫下壓痕痕跡學(xué)分析材料超高溫力學(xué)性能。由于材料表面殘留的壓痕痕跡是在超高溫條件下形成的，采用壓痕痕跡學(xué)分析的材料力學(xué)性能恰恰體現(xiàn)了材料的超高溫力學(xué)性能。
精確測量殘余壓痕的接觸直徑和深度，就可以由以下公式計(jì)算下述材料力學(xué)性能，包括硬度、彈性模量、恢復(fù)阻力、彈性恢復(fù)能比率和能量耗散能力。
一、硬度H 式中，H是硬度；P是沖擊實(shí)驗(yàn)過程中的最大載荷，通過力傳感器測量獲得；a是壓痕半徑，為測量值。
二、彈性模量E 式中，E為試件的彈性模量，是所求量；v是試件的泊松比，根據(jù)試件材料確定；Ei和vi分別是陶瓷棒的彈性模量和泊松比，根據(jù)所用陶瓷棒的材料確定；Er是接觸模量，通過下述計(jì)算方法得到。
對于圓錐形壓頭，壓痕的原始壓入半角已知，即圓錐壓頭的最大夾角的一半，參見圖1所示；對于球形壓頭，壓痕的原始壓入角是隨著壓入深度的變化而變化的，參見圖2所示。對于不同形狀的壓頭，根據(jù)殘余壓痕痕跡評價(jià)材料的理論基礎(chǔ)，采用由殘余壓痕痕跡幾何尺寸表示硬度、接觸模量之比λ值的計(jì)算公式(3)測試材料力學(xué)性能。
硬度與材料的接觸模量的比值λ為 λ＝H/Er(3) 其中H是硬度值，通過式(1)計(jì)算獲得。由此可知，只要知道λ值，就可以得到接觸模量Er，從而通過公式(2)計(jì)算出試件的彈性模量。
λ值可以從殘余壓痕痕跡的測量值通過以下式(4)或(5)得到 其中hf是殘余壓痕深度，a殘余壓痕半徑，均為測量值；θ0、θ分別是圓錐或球形壓頭的原始半角和殘余壓痕的半角；ctg(θ)＝hf/a；ε、η為被測材料常數(shù)，對于脆性材料，ε＝0.765，η＝0.570。
λ值也可以簡化表示為 式中 對于圓錐形壓頭，壓痕原始半角θ0是已知的，通過測量可以獲取。對于球形壓頭，θ0不能測量，但可以得到原始半角的近似表達(dá)式 其中，R為球形壓頭的直徑，為已知數(shù)值；a為殘余壓痕半徑，測量值。將式(6)代入式(4)或式(5)即可以進(jìn)行計(jì)算得到λ值。
三、恢復(fù)阻力Rs 式中，H是硬度，Er是接觸模量。
四、彈性恢復(fù)能比率re 五、能量耗散率rd 根據(jù)公式(4)和(5)可知，只要測得殘余壓痕深度hf和壓痕半徑a，就可以通過式(4)或式(5)計(jì)算得到λ值，通過(1)式計(jì)算出硬度，再通過式(3)計(jì)算得到Er值，最后得到包括硬度、彈性模量、恢復(fù)阻力、彈性恢復(fù)能比率和能量耗散率等力學(xué)性能。
為實(shí)施對材料超高溫力學(xué)性能的測試，本發(fā)明還提供一套材料超高溫力學(xué)性能的測試系統(tǒng)。
參見圖4所示，該系統(tǒng)包括一運(yùn)動沖擊裝置1、一樣品高溫模擬裝置2以及一控制監(jiān)測裝置3。
該運(yùn)動沖擊裝置1設(shè)有一直線導(dǎo)軌11，一滑塊12裝設(shè)于該導(dǎo)軌11上，滑塊12固定連接一動態(tài)力傳感器13和一耐高溫陶瓷棒14，陶瓷棒14帶有錐形或球形壓頭；運(yùn)動沖擊裝置1還可另設(shè)調(diào)節(jié)單元(圖中未畫出)以調(diào)節(jié)滑塊12在導(dǎo)軌11上的直線滑移速度和壓頭對樣品的沖擊力值； 樣品高溫模擬裝置2含有一支架21和一高溫?zé)嵩?2，支架21上具有可縱向固定待測樣品X的固定件(如螺絲固定或卡接固定)，高溫?zé)嵩?2可以為乙炔加熱系統(tǒng)，乙炔噴頭朝向待測樣品X的中心，乙炔噴頭可以固定在支架21上；為防止支架21過熱，支架21上設(shè)有冷卻水循環(huán)裝置，冷卻水從進(jìn)水口23進(jìn)入，從出水口24流出。樣品高溫模擬裝置2的對待測樣品X的表面溫度通過一無線紅外測溫儀(如于持?jǐn)?shù)字式測溫儀，圖中未畫出)檢測。
控制監(jiān)測裝置3包括一控制計(jì)算機(jī)31，連接運(yùn)動沖擊裝置1中的動態(tài)力傳感器13，監(jiān)測待測樣品X的升溫情況，獲取動態(tài)力傳感器13傳遞的沖擊力曲線，得到?jīng)_擊過程中的最大載荷；另一方面，控制計(jì)算機(jī)31還承擔(dān)計(jì)算分析功能，依據(jù)式(1)至式(9)計(jì)算得到被測樣品的材料力學(xué)性能檢測結(jié)果。
以下結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。實(shí)施例只為具體公開本發(fā)明材料超高溫力學(xué)性能檢測的方案，不作為對本發(fā)明其他實(shí)施方式的限制。
實(shí)施例復(fù)合陶瓷ZrB2-25vol.％SiC超高溫力學(xué)性能檢測 具體的操作過程為 1)對待測塊狀復(fù)合陶瓷樣品進(jìn)行表面打磨拋光，使上下表面盡可能平整、光滑；測量所得陶瓷樣品的泊松比為0.2； 2)將樣品固定在鋼座支架上，運(yùn)動沖擊裝置的氮化硅(Si3N4)陶瓷棒壓頭為錐形，調(diào)整該壓頭位置使其正對樣品光滑面；已知Si3N4陶瓷棒壓頭的Ei和vi分別為310GPa和0.2，錐形壓頭原始半角θ0為61.39°； 4)超高溫的再現(xiàn)。將乙炔噴頭固定在鋼座支架上，使其噴口對著復(fù)合陶瓷中心位置。開啟冷卻循環(huán)水系統(tǒng)之后，啟動乙炔加熱系統(tǒng)，使復(fù)合陶瓷表面迅速達(dá)到2000℃高溫；同時(shí)采用便攜式紅外測溫儀即時(shí)監(jiān)測復(fù)合陶瓷表面溫度； 5)將Si3N4陶瓷棒沿導(dǎo)軌沖擊到復(fù)合陶瓷表面，形成殘余壓痕后迅速離開(接觸時(shí)間非常短)；控制計(jì)算機(jī)采集動態(tài)力傳感器傳遞的沖擊力曲線，得到?jīng)_擊過程中的最大載荷P為162N； 6)關(guān)閉乙炔加熱系統(tǒng)，將復(fù)合陶瓷自然降溫，直至室溫； 7)對Si3N4陶瓷棒在復(fù)合陶瓷表面殘余的壓痕痕跡進(jìn)行精確測量。
得到此次沖擊的殘余壓痕深度hf為27.97μm，殘余壓痕半徑a為60.38μm。
8)計(jì)算機(jī)依據(jù)式(1)計(jì)算得到材料硬度H值為14.18GPa。
依據(jù)式(4)計(jì)算得到λ為0.0907。
依據(jù)式(3)計(jì)算得到接觸模量Er為156.3GPa。
依據(jù)式(2)計(jì)算得到彈性模量E為290.8GPa。
依據(jù)式(7)計(jì)算得到恢復(fù)阻力Rs為3.75×103GPa。
依據(jù)式(8)計(jì)算得到彈性恢復(fù)能比率re為40.9％。
依據(jù)式(9)計(jì)算得到能量耗散率rd為59.1％。
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以得出被測復(fù)合陶瓷ZrB2-25vol.％SiC復(fù)合陶瓷在超高溫(2000℃)下的力學(xué)性能?？傮w評價(jià)為硬度H值為14.18GPa，彈性模量E為290.8GPa，恢復(fù)阻力Rs為3.75×103GPa，彈性恢復(fù)能比率re為40.9％，能量耗散率rd為59.1％。
實(shí)施例二Zr3Al3C5陶瓷材料超高溫力學(xué)性能檢測 具體的操作過程為 1)對待測樣品Zr3Al3C5進(jìn)行表面打磨拋光，使上下表面盡可能平整、光滑；測量所得該陶瓷樣品的泊松比v為0.22； 2)將樣品固定在鋼座支架上，運(yùn)動沖擊裝置的氮化硅(Si3N4)陶瓷棒壓頭為球形，調(diào)整該壓頭位置使其正對樣品光滑面；已知Si3N4陶瓷棒壓頭的Ei和vi分別為310GPa和0.2，球形壓頭直徑為4mm； 4)超高溫的再現(xiàn)。將乙炔噴頭固定在鋼座支架上，使其噴口對著復(fù)合陶瓷中心位置。開啟冷卻循環(huán)水系統(tǒng)之后，啟動乙炔加熱系統(tǒng)，使Zr3Al3C5材料迅速達(dá)到2200℃高溫；同時(shí)采用便攜式紅外測溫儀即時(shí)監(jiān)測復(fù)合陶瓷表面溫度； 5)以合適速度將碳化硅陶瓷棒沿導(dǎo)軌沖擊到樣品表面，形成殘余壓痕后迅速離開(接觸時(shí)間非常短)；控制計(jì)算機(jī)采集動態(tài)力傳感器傳遞的沖擊力曲線，得到?jīng)_擊過程中的最大載荷P為482N； 6)關(guān)閉乙炔加熱系統(tǒng)，將樣品自然降溫，直至室溫； 7)對碳化硅陶瓷棒在樣品表面殘余的壓痕痕跡進(jìn)行精確測量。
殘余壓痕深度hf為5.8μm，殘余壓痕半徑a為205.4μm。
8)計(jì)算機(jī)依據(jù)式(1)計(jì)算得到材料硬度H值為3.64GPa。
依據(jù)式(6)計(jì)算原始半角θ0為87.06°。
依據(jù)式(5)計(jì)算得到λ為0.0255。
依據(jù)式(3)計(jì)算得到接觸模量Er為142.7GPa。
依據(jù)式(2)計(jì)算得到彈性模量E為243.0GPa。
依據(jù)式(7)計(jì)算得到恢復(fù)阻力Rs為12.2×103GPa。
依據(jù)式(8)計(jì)算得到彈性恢復(fù)能比率re為13.9％。
依據(jù)式(9)計(jì)算得到能量耗散率rd為86.1％。
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以得出被測Zr3Al3C5陶瓷材料在超高溫下(2200℃)的力學(xué)性能?？傮w評價(jià)為材料硬度H值為3.64GPa，到彈性模量E為243.0GPa，恢復(fù)阻力Rs為12.2×103GPa，彈性恢復(fù)能比率re為13.9％，能量耗散率rd為86.1％。
通過以上說明可以歸納本發(fā)明具有如下特征 ①利用本發(fā)明對材料超高溫力學(xué)性能進(jìn)行檢測，材料制備簡單，對材料尺寸、形狀沒有特殊要求。
②采用乙炔加熱系統(tǒng)能迅速將材料加熱到所需高溫，真實(shí)地再現(xiàn)了發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑藥柱燃燒等瞬時(shí)產(chǎn)生高溫的環(huán)境。
③帶有錐形或球形壓頭的氮化硅陶瓷棒沖擊到材料表面，再現(xiàn)了材料在超高溫環(huán)境下受到高速粒子的沖擊或碰撞時(shí)變形和損傷的演變過程。
④本發(fā)明方法可操作性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，成本低。可以肯定，對于龐大的設(shè)備間接獲得材料超高溫力學(xué)性能的情況，這種材料超高溫力學(xué)性能測試技術(shù)是最簡單的，價(jià)格最低的。
以本發(fā)明的技術(shù)思路，除了可模擬材料在超高溫條件下的狀況從而測得材料力學(xué)性能，也可應(yīng)用于其它特殊環(huán)境材料力學(xué)性能的測試。
權(quán)利要求
1.一種材料超高溫力學(xué)性能測試方法，其特征在于它通過球形或錐形沖擊在超高溫樣品表面形成一個(gè)特定形狀的壓痕痕跡，常溫測量所述殘留壓痕痕跡的幾何尺寸，利用痕跡和材料性能的關(guān)系計(jì)算得到所述材料超高溫環(huán)境下的力學(xué)性能。
2.如權(quán)利要求1所述測試方法，其特征在于所述材料超高溫力學(xué)性能包括以下幾部分
(一)、硬度H
式中，H是硬度；P是沖擊實(shí)驗(yàn)過程中的最大載荷，通過力傳感器測量獲得；a是壓痕半徑，為測量值。
(二)、彈性模量E
式中，E是試件的彈性模量；v是試件的泊松比；Ei和vi分別是沖擊材料的彈性模量和泊松比；Er是沖擊碰撞過程中的接觸模量；
(三)、恢復(fù)阻力Rs
(四)、彈性恢復(fù)能比率re
(五)、能量耗散率rd
其中λ＝H/Er，只要得到λ值，就可以求出Er，從而計(jì)算出相關(guān)的力學(xué)性能。
3.如權(quán)利要求2所述測試方法，其特征在于λ值從殘余壓痕痕跡的測量值通過式(4)得到
其中hf是殘余壓痕深度，a殘余壓痕半徑，均為測量值；θ0、θ分別是圓錐壓頭的原始半角和殘余壓痕的半角；ctg(θ)＝hf/a；ε、η為被測材料常數(shù)，對脆性材料，ε取0.765，η取0.57。
4.如權(quán)利要求2所述測試方法，其特征在于λ值從殘余壓痕痕跡的測量值通過式(5)得到
式中；其中hf是殘余壓痕深度，a殘余壓痕半徑，均為測量值；θ0、θ分別是圓錐或球形壓頭的原始半角和殘余壓痕的半角；ctg(θ)＝hf/a；ε、η為被測材料常數(shù)，對于脆性材料，ε＝0.765，η＝0.570。
5.如權(quán)利要求3或4所述測試方法，其特征在于對于錐形壓頭，θ0通過測量得到；對于球形壓頭，θ0通過式(6)計(jì)算得到
其中，R為球形壓頭的直徑；a為殘余壓痕半徑。
6.如前述任一權(quán)利要求所述測試方法，其特征在于通過乙炔加熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樣品的超高溫，所述超高溫為1600～3000℃。
7.如權(quán)利要求2或3所述測試方法，其特征在于所述超高溫采用便攜式紅外測溫儀監(jiān)測。
8.一種材料超高溫力學(xué)性能的測試系統(tǒng)，包括一運(yùn)動沖擊裝置、一樣品高溫模擬裝置以及一控制監(jiān)測裝置；所述高溫模擬裝置上裝設(shè)被測樣品并使樣品被加熱至超高溫狀態(tài)，所述運(yùn)動沖擊裝置設(shè)有一可控制沖擊壓頭，對被測樣品實(shí)施沖擊，所述控制監(jiān)測裝置被測樣品的加熱溫度以及沖擊壓頭的沖擊能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述系統(tǒng)，其特征在于
該運(yùn)動沖擊裝置設(shè)有一直線導(dǎo)軌，一滑塊裝設(shè)于該導(dǎo)軌上，滑塊固定連接一動態(tài)力傳感器和一耐高溫陶瓷棒，陶瓷棒帶有錐形或球形壓頭；
該樣品高溫模擬裝置具有一支架和一高溫?zé)嵩矗Ъ苌暇哂锌煽v向固定待測樣品的固定件，高溫?zé)嵩礊橐胰布訜嵯到y(tǒng)，乙炔噴頭固定在支架上且乙炔噴口朝向待測樣品的中心；
該控制監(jiān)測裝置包括一控制計(jì)算機(jī)，其電連接運(yùn)動沖擊裝置中的動態(tài)力傳感器，獲取動態(tài)力傳感器傳遞的沖擊力曲線，得到?jīng)_擊過程中的最大載荷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述系統(tǒng)，其特征在于所述支架上設(shè)有冷卻水循環(huán)裝置，冷卻水從進(jìn)水口進(jìn)入，從出水口流出；另設(shè)一無線紅外測溫儀對待測樣品的加熱溫度進(jìn)行監(jiān)控；所述運(yùn)動沖擊裝置另設(shè)調(diào)節(jié)單元以調(diào)節(jié)滑塊直線滑移速度和壓頭沖擊力值；所述控制計(jì)算機(jī)具有計(jì)算分析功能，依據(jù)式(1)至式(9)的計(jì)算模型計(jì)算得到被測樣品的材料力學(xué)性能檢測結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方便、簡捷測試材料超高溫力學(xué)性能的方法和系統(tǒng)。該方法通過球形或錐形沖擊在超高溫樣品表面形成一個(gè)特定形狀的壓痕痕跡，常溫測量所述殘留壓痕痕跡的幾何尺寸，利用痕跡和材料性能的關(guān)系計(jì)算得到所述材料超高溫環(huán)境下的力學(xué)性能，包括硬度、彈性模量、能量耗散、彈性恢復(fù)系數(shù)。該系統(tǒng)包括一運(yùn)動沖擊裝置、一樣品高溫模擬裝置以及一控制監(jiān)測裝置；所述高溫模擬裝置上裝設(shè)被測樣品并使樣品被加熱至超高溫狀態(tài)，所述運(yùn)動沖擊裝置設(shè)有一可控制沖擊壓頭，對被測樣品實(shí)施沖擊，所述控制監(jiān)測裝置被測樣品的加熱溫度以及沖擊壓頭的沖擊能量。本發(fā)明利用常溫下材料力學(xué)性能評價(jià)方法預(yù)測超高溫力學(xué)性能，解決了材料在超高溫環(huán)境下力學(xué)性能測試?yán)щy的問題，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可對不同材料在超高溫或其他特殊環(huán)境和條件要求下進(jìn)行力學(xué)性能測試。
文檔編號G01N3/40GK101149320SQ200710176780
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者包亦望, 萬德田, 卜曉雪, 劉立忠 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院