專利名稱：可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于核反應(yīng)堆材料測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
高溫氣冷堆是我國(guó)最有發(fā)展前景的反應(yīng)堆堆型之一，其高溫工藝熱應(yīng)用于制氫時(shí)，需要一個(gè)中間熱交換器將反應(yīng)堆的熱量引入工藝系統(tǒng)。當(dāng)堆芯出口溫度在1000°c左右時(shí)，熱交換器雖可選擇現(xiàn)有的耐高溫合金材料，但考慮到堆芯出口超過(guò)1000°c，或者瞬時(shí)工況、事故工況時(shí)，則必須開(kāi)發(fā)新型的耐高溫碳化硅陶瓷材料。由于這種換熱器在運(yùn)行中處于高溫高壓差環(huán)境下，所以需要考慮在高溫高壓工況下，換熱器所用的材料是否能滿足機(jī)械性能要求；另外，由于需要避免產(chǎn)品氫氣受到氦氣的污染(反應(yīng)堆冷卻劑氦氣從熱交換器的熱側(cè)滲透到冷側(cè))，則需要研究熱交換器材料在高壓差下的氣密性。碳化硅陶瓷材料是制作高溫?fù)Q熱器的有前景的備選材料，由于碳化硅陶瓷材料的固有脆性，承受較大形變時(shí)容易碎裂，所以需對(duì)材料進(jìn)行楊氏模量的測(cè)定；而且碳化硅陶瓷材料的致密性差，應(yīng)用于高溫?fù)Q熱器時(shí)需覆涂層以減少氦氣滲透，所以需要對(duì)覆涂層的材料進(jìn)行氣密性實(shí)驗(yàn)。對(duì)楊氏模量的測(cè)量，最傳統(tǒng)的方法是靜態(tài)法，該方法要求被測(cè)樣品需要具備一定的韌性，但是碳化硅陶瓷材料的脆性使其不能夠承受稍微大一點(diǎn)的形變，故靜態(tài)法無(wú)法測(cè)出其彈性模量的值。目前能測(cè)這種脆性材料的彈性模量的方法主要有經(jīng)過(guò)改進(jìn)的靜態(tài)法、聲頻法、壓環(huán)法等，但這些方法測(cè)量過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，或者代價(jià)過(guò)于高昂，而且這些方法在不能對(duì)材料的氦氣滲透常數(shù)進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的楊氏模量測(cè)量?jī)x無(wú)法測(cè)定脆性材料的楊氏模量，且需額外實(shí)驗(yàn)測(cè)定高壓氦氣對(duì)其的滲透常數(shù)，而設(shè)計(jì)出一套既能夠準(zhǔn)確測(cè)定碳化硅陶瓷材料的楊氏模量，又能夠準(zhǔn)確測(cè)定高壓下氦氣對(duì)材料的滲透常數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，在工程領(lǐng)域，特別是核能制氫工藝中，有很高的應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)脆性陶瓷材料的特點(diǎn)，提供一種可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測(cè)量裝置。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是該測(cè)量裝置包括氦氣瓶、高壓軟管、卡具及測(cè)量電路，卡具由上卡具和下卡具通過(guò)螺栓連接組成；下卡具的中心部位設(shè)置圓形通孔，其上表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；上卡具有兩種結(jié)構(gòu)形式[0012]第一種上卡具的中心部位設(shè)置圓形通孔，其下表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；該圓形通孔的內(nèi)徑、圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑均分別與下卡具的圓形通孔內(nèi)徑、圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑相同；第二種上卡具的中心部位設(shè)置圓形通孔，其下表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；該圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑均分別與下卡具的圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑相同，該圓形通孔的內(nèi)徑大于下卡具圓形通孔的內(nèi)徑，且小于環(huán)形槽的內(nèi)徑；氦氣瓶通過(guò)高壓軟管與下卡具的圓形通孔連接；上卡具和下卡具的環(huán)形槽內(nèi)分別放置O型環(huán)，試樣放置于上卡具和下卡具間的圓形槽內(nèi)；所述測(cè)量電路為惠斯通電橋電路，與第二種上卡具配合使用，具體結(jié)構(gòu)為電阻R1' R2、R3、Rg依次連接構(gòu)成電橋，R1與R2之間、R2與R3之間、R3與Rg之間、Rg與R1之間的連接點(diǎn)分別定義為A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)；在電橋的C點(diǎn)和D點(diǎn)間設(shè)置電壓輸出表Vtjut,電橋的A點(diǎn)和B點(diǎn)間設(shè)置電壓輸入表Vin，電橋的A點(diǎn)與電源負(fù)極連接，電橋的B點(diǎn)與滑動(dòng)變阻器艮連接后與電源的正極連接；Rg為電阻應(yīng)變片，粘貼于試樣的上表面。所述高壓軟管上設(shè)置減壓閥及氣壓表。所述第二種上卡具的圓形通孔的上部設(shè)置錐面的倒角。本實(shí)用新型的有益效果為可以用同一套裝置測(cè)量脆性陶瓷材料(如碳化硅)的楊氏模量和氦氣滲透常數(shù)，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

圖1是本實(shí)用新型所述的實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是第一種上卡具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是第二種上卡具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是下卡具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是惠斯通電橋電路的示意圖。圖6為第二種上卡具與下卡具組合后對(duì)試樣的氣密性進(jìn)行定性分析的示意圖；圖7為第一種上卡具與下卡具組合后對(duì)試樣氦氣滲透常數(shù)的進(jìn)行測(cè)量的示意圖；圖8為第二種上卡具與下卡具組合后對(duì)試樣彈性模量的進(jìn)行測(cè)量的示意圖。圖9為圖8的試樣受力示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1-氦氣瓶；2_高壓軟管；3_下卡具；4_第一種上卡具；5_第二種上卡具；6-試樣；7-減壓閥；8_氣壓表；9-0型環(huán)；10_電阻應(yīng)變片。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測(cè)量裝置，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，該測(cè)量裝置包括氦氣瓶1、高壓軟管2、卡具及測(cè)量電路，卡具由上卡具和下卡具3通過(guò)螺栓連接組成。[0033]如圖4所示，下卡具3的中心部位設(shè)置圓形通孔，其上表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽。上卡具有兩種結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，第一種上卡具4的中心部位設(shè)置圓形通孔，其下表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；該圓形通孔的內(nèi)徑、圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑均分別與下卡具3的圓形通孔內(nèi)徑、圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑相同?！0036]如圖3所示，第二種上卡具5的中心部位設(shè)置圓形通孔，其下表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；該圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑均分別與下卡具3的圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑相同，該圓形通孔的內(nèi)徑大于下卡具圓形通孔的內(nèi)徑，且小于環(huán)形槽的內(nèi)徑。第二種上卡具5的圓形通孔的上部還可以設(shè)置錐面的倒角。氦氣瓶I通過(guò)高壓軟管2與下卡具3的圓形通孔連接，高壓軟管2上設(shè)置減壓閥7及氣壓表8 ;上卡具和下卡具的環(huán)形槽內(nèi)分別放置O型環(huán)9，O型環(huán)9起到了密封和緩沖壓力的作用，試樣6放置于上卡具和下卡具間的圓形槽內(nèi)。所述測(cè)量電路為惠斯通電橋電路，與第二種上卡具配合使用，如圖5所示，具體結(jié)構(gòu)為電阻Rp R2> R3> Rg依次連接構(gòu)成電橋，R1與R2之間、R2與R3之間、R3與Rg之間、Rg與R1之間的連接點(diǎn)分別定義為A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)；在電橋的C點(diǎn)和D點(diǎn)間設(shè)置電壓輸出表Vrat,電橋的A點(diǎn)和B點(diǎn)間設(shè)置電壓輸入表Vin,電橋的A點(diǎn)與電源負(fù)極連接，電橋的B點(diǎn)與滑動(dòng)變阻器艮連接后與電源的正極連接；Rg為電阻應(yīng)變片10，粘貼于試樣的上表面?；谒鲅b置的可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性與氣密性的測(cè)量方法，具體有以下3種測(cè)量模式( I)對(duì)試樣的氣密性進(jìn)行定性分析，如圖6所示將下卡具與第二種上卡具組合并放入試樣，不設(shè)置測(cè)量電路，各部件之間均為密封連接；在試樣的上方加入水；高壓氦氣通過(guò)減壓閥減壓后進(jìn)入下卡具的圓形通孔，通過(guò)觀察試樣上方的水是否冒出氣泡或冒出氣泡的多少，從宏觀上分析一定壓力下氦氣對(duì)試樣滲透率的高低，以決定是否要進(jìn)行氦氣滲透常數(shù)；(2)對(duì)試樣氦氣滲透常數(shù)的測(cè)量，如圖7所示將下卡具與第一種上卡具組合并放入試樣，各部件之間均為密封連接；在上卡具的圓形通孔內(nèi)密封連接氣體收集裝置；高壓氦氣通過(guò)減壓閥減壓后進(jìn)入下卡具的圓形通孔，從試樣滲出后進(jìn)入到氣體收集裝置，用排水法測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)收集到的氣體的體積；計(jì)算得到試樣的氦氣滲透率常數(shù)K為足=[·~其中，V為收集到氦氣的
t AP ■ A
體積，t為收集氦氣所用的時(shí)間，h為試樣的厚度，ΔP為壓力差，A為氦氣滲透面積；(3)對(duì)試樣彈性模量的測(cè)量,如圖8和圖9所示將下卡具與第二種上卡具組合并放入試樣，在試樣的中部設(shè)置電阻應(yīng)變片并連接測(cè)量電路；首先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器Rp使Vin為一定值，記錄在初始狀態(tài)下輸出的電壓值Vtjutl ;高壓氦氣通過(guò)減壓閥減壓后進(jìn)入下卡具的圓形通孔，試樣受到來(lái)自下方的壓力，發(fā)生垂直于表面的微小形變，使電阻應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化；記錄氦氣壓力ΛΡ，及該狀態(tài)下輸出的電壓值Vtjut2,定義
權(quán)利要求1.可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測(cè)量裝置，包括氦氣瓶、高壓軟管、卡具及測(cè)量電路，其特征在于，卡具由上卡具和下卡具通過(guò)螺栓連接組成；下卡具的中心部位設(shè)置圓形通孔，其上表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；上卡具有兩種結(jié)構(gòu)形式第一種上卡具的中心部位設(shè)置圓形通孔，其下表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；該圓形通孔的內(nèi)徑、圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑均分別與下卡具的圓形通孔內(nèi)徑、圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑相同；第二種上卡具的中心部位設(shè)置圓形通孔，其下表面設(shè)置與圓形通孔同心的圓形槽，并在圓形槽內(nèi)設(shè)置與圓形通孔同心的環(huán)形槽；該圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑均分別與下卡具的圓形槽的內(nèi)徑及環(huán)形槽的內(nèi)外徑相同，該圓形通孔的內(nèi)徑大于下卡具圓形通孔的內(nèi)徑，且小于環(huán)形槽的內(nèi)徑；氦氣瓶通過(guò)高壓軟管與下卡具的圓形通孔連接；上卡具和下卡具的環(huán)形槽內(nèi)分別放置 O型環(huán)，試樣放置于上卡具和下卡具間的圓形槽內(nèi)；所述測(cè)量電路為惠斯通電橋電路，與第二種上卡具配合使用，具體結(jié)構(gòu)為電阻Rp R2、 R3、Rg依次連接構(gòu)成電橋，R1與R2之間、R2與R3之間、R3與Rg之間、Rg與R1之間的連接點(diǎn)分別定義為A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)；在電橋的C點(diǎn)和D點(diǎn)間設(shè)置電壓輸出表Vtjut,電橋的A點(diǎn)和B點(diǎn)間設(shè)置電壓輸入表Vin，電橋的A點(diǎn)與電源負(fù)極連接，電橋的B點(diǎn)與滑動(dòng)變阻器艮連接后與電源的正極連接；Rg為電阻應(yīng)變片，粘貼于試樣的上表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性與氣密性的測(cè)量裝置，其特征在于，所述高壓軟管上設(shè)置減壓閥及氣壓表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性與氣密性的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二種上卡具的圓形通孔的上部設(shè)置錐面的倒角。
專利摘要本實(shí)用新型屬于陶瓷材料測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可同時(shí)測(cè)量陶瓷材料彈性模量與氣密性的測(cè)量裝置。該裝置包括氦氣瓶、高壓軟管、卡具及測(cè)量電路，卡具由上卡具和下卡具組成；上卡具有兩種結(jié)構(gòu)形式，測(cè)量電路為惠斯通電橋電路。通過(guò)下卡具與不同上卡具的組合，使試樣在氦氣的壓力下發(fā)生滲透或變形，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣氦氣滲透率及彈性模量的測(cè)量。該裝置成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且適用于脆性陶瓷材料(如碳化硅)的彈性模量測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N3/12GK202837109SQ201220575208
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者牛風(fēng)雷, 趙云淦, 卓衛(wèi)乾, 齊厚博 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)