導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置，包括兩個加熱電極、供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀、不銹鋼環境艙、淬火介質噴頭和PLC控制裝置，兩個加熱電極置于不銹鋼環境艙內的滑動軌道上，兩個加熱電極與供電子系統相連接，兩個加熱電極分別與循環冷卻子系統相連接，淬火介質噴頭與淬火介質噴射子系統連接，單/雙比色紅外測溫儀采集導電類熱防護材料試樣表面溫度，PLC控制裝置分別與供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質冷卻子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀電信號連接。本具有設備操作簡單，調節范圍寬，成本低的優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及的是一種熱沖擊試驗裝置，具體地說是一種針對極端服役條件下的高溫熱防護材料(具有導電性)冷/熱循環熱沖擊的試驗裝置。
技術介紹
隨著我國空間技術的快速發展和跨越式進步，具有尖銳前緣外形和長時間亞軌道高超聲速飛行特征的空間飛行器必將成為我國未來20年的重要發展方向。高超聲速(M ^ 5)、長時間的服役特征對飛行器的熱防護材料和結構提出了嚴峻的挑戰，尤其是對抗氧化材料的耐溫極限和耐久性、抗熱沖擊能力以及高溫氧化和復雜載荷條件下的輕質強韌化等性能提出了苛刻的要求。目前能夠勝任極端環境要求的材料主要集中在超高溫陶瓷材料、C/C復合材料以及C/SiC等復合材料，其中ZrB2因具有相對較低的密度(6. 09g · c m_3)、熔點高(3245°C)、硬度高(莫氏硬度為9，顯微硬度為22. IGPa)、導熱性好(熱導率為23 25W·!!!—1 IT1)、導電性好(常溫電導率為 IXlO8S I1)等特點成為高超聲速飛行器關鍵部位最具潛力的候選材料；但由于以超高溫陶瓷為代表的陶瓷類高溫熱防護材料的本征脆性，使得超高溫陶瓷材料在熱沖擊環境下易發生災難性的破壞。因此大幅度提高超高溫陶瓷材料的抗熱沖擊性能是其廣泛應用亟待解決的問題，合理準確的進行超高溫陶瓷材料抗熱沖擊性能的評價與表征，探尋抗熱沖擊性能的主要控制因素，具有重大而深遠的意義。目前評價和表征高溫熱防護材料的手段主要為水淬火法、氧乙炔以及電弧風洞；其中水淬法與材料實際遭受的環境相反，雖然環境更加惡劣但會使材料設計過于保守，且加熱和淬火間隔的溫度損失無法測量，使得評價材料熱沖擊性能存在很大的不確定性，結果差異性較大；氧乙炔、電弧風洞能夠真實再現氣動流場，能夠有效表征材料升溫熱沖擊過程，但操作繁瑣、成本高，僅能實現升溫熱沖擊的過程；無法表征高超聲速飛行器飛行全飛行走廊中升溫/降溫以及快速循環熱沖擊過程?；诖?，本專利技術的目的是針對以ZrB2基超高溫陶瓷材料為代表導電類熱防護材料，結合通電加熱和水淬法的特點，提供給一種快速升溫/降溫循環熱沖擊的實驗裝置，用以評價與表征材料抗熱沖擊性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對以碳/碳、超高溫陶瓷為代表的導電類熱防護材料，利用快速電阻加熱和淬火急冷原理評價熱防護材料高溫氧化、熱沖擊等使用性能的一種導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置。本專利技術的目的是這樣實現的一種導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置，包括兩個加熱電極、供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀、不銹鋼環境艙、淬火介質噴頭和PLC控制裝置，不銹鋼環境艙固定于地面并與地面絕緣，兩個加熱電極置于不銹鋼環境艙內的滑動軌道上，兩個加熱電極與供電子系統相連接，兩個加熱電極分別與循環冷卻子系統相連接，淬火介質噴頭置于不銹鋼環境艙內導電類熱防護材料試樣的上方，淬火介質噴頭與淬火介質噴射子系統連接，單/雙比色紅外測溫儀置于不銹鋼環境艙外，透過石英觀察窗采集導電類熱防護材料試樣表面溫度，PLC控制裝置分別與供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀電信號連接。本專利技術還具有如下特征I、供電設備包括接觸器、調壓電機、變壓器、霍爾互感器、電壓表和電流表，接觸器輸入端直接與工業電網相連，接觸器輸出端與調壓電機輸入端相連，調壓電機的輸出端與變壓器輸入端相連，變壓器輸出端分別與兩個加熱電極相連，霍爾互感器安裝在變壓器輸出端采集電流信號后傳輸至PLC，電壓表安裝在變壓器輸出端采集電壓信號后傳輸至PLC控制裝置，通過PLC控制裝置實現開環手動調節和閉環預設值調節。2、所述的淬火介質噴射子系統包括淬火介質儲存箱、淬火介質輸送泵 和電磁閥，淬火介質噴頭通過不銹鋼金屬軟管與淬火介質輸送電磁閥連接，淬火介質輸送電磁閥通過管道與淬火介質泵連接，淬火介質輸送泵通過管道與淬火介質儲存箱連接，不銹鋼金屬軟管能夠調節淬火介質噴頭與導電類熱防護試樣高度及角度，淬火介質輸送電磁閥和淬火介質輸送泵分別與PLC控制裝置電信號連接，實現淬火時間的可控性。3、所述的循環冷卻子系統包括冷卻水箱、循環水泵、截止閥、回水閥、流量計、液位計和測溫熱電偶；冷卻水箱與循環水泵連接，循環水泵與上水管路連接，上水管路上安裝有截止閥和流量計，上水管路與第一加熱電極連接，第一加熱電極與第二加熱電極之間連接有循環水連接管路，第二加熱電極與回水管路連接，回水管路上安裝有回水閥，回水管路與冷卻水箱連接，冷卻水箱上安裝有液位計和測溫熱電偶；流量計、液位計和測溫熱電偶分別于PLC控制裝置電信號連接。4、所述的淬火介質排出子系統包括淬火介質排出儲存箱、淬火介質排出泵、上/下液位觸發器和第一 /第二淬火介質排出電磁閥，不銹鋼環境艙的淬火介質排出孔通過管道與第一淬火介質排出電磁閥連接，第一淬火介質排出電磁閥通過管道與淬火介質排出儲存箱連接，淬火介質排出儲存箱通過管道與淬火介質排出泵連接，淬火介質排出泵通過管道與第二淬火介質排出電磁閥連接，第二淬火介質排出電磁閥與淬火介質處理管道連接；淬火介質排出儲存箱上安裝有上/下液位觸發器，淬火介質排出儲存箱的液位超過上液位觸發器上限后，上液位觸發器電信號啟動淬火介質排出泵，水位到達下液位觸發器下限位后，下液位觸發器電信號關閉排水泵，以防止排水泵空轉；第一 /第二淬火介質排出電磁閥電信號連接PLC控制裝置。本設備操作簡單，調節范圍寬，成本低，可用于評價導電類熱防護材料的抗熱沖擊性能和氧化性能。本專利技術可以提供溫度不超過3000°C、加熱速率10°C /s 1000°C /s，冷卻速率不小于1000°C /s，能夠滿足導電類熱防護材料熱沖擊和高溫氧化性能評價的基本要求。附圖說明圖I是不銹鋼環境艙的結構示意圖。圖2是本專利技術的結構示意圖。圖3是本專利技術的PLC原理示意圖。圖4是試驗塊的升溫/降溫熱沖擊溫度歷程圖。其中I、循環冷卻水入水孔，2、單/雙比色紅外測溫儀，3、加熱電極，4、循環冷卻水出水孔，5、淬火介質排出孔，6、淬火介質噴頭，7、冷卻水箱，8、循環水泵，9、霍爾互感器，10、變壓器，11、調壓電機，12、接觸器，13、第一淬火介質排出電磁閥，14、淬火介質排出儲存箱，15、淬火介質儲存箱,16、淬火介質輸送泵，17、淬火介質排出泵，18、第二淬火介質排出電磁閥，19、淬火介質輸送電磁閥，20、上/下液位觸發器，21、截止閥，22、流量計，23、回水閥，24、液位計，25、測溫電偶。具體實施例方式下面通過附圖進一步闡明本專利技術的實質性特點和顯著進步 實施例I :如圖1-2所示，一種導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置，包括兩個加熱電極、供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀、不銹鋼環境艙、淬火介質噴頭和PLC控制裝置，不銹鋼環境艙固定于地面并與地面絕緣，兩個加熱電極置于不銹鋼環境艙內的滑動軌道上，兩個加熱電極與供電子系統相連接，兩個加熱電極分別與循環冷卻子系統相連接，淬火介質噴頭置于不銹鋼環境艙內導電類熱防護材料試樣的上方，淬火介質噴頭與淬火介質噴射子系統連接，單/雙比色紅外測溫儀置于不銹鋼環境艙外，透過石英觀察窗采集導電類熱防護材料試樣表面溫度，PLC控制本文檔來自技高網...
【技術保護點】
導電類熱防護材料冷/熱循環熱沖擊試驗裝置，包括兩個加熱電極、供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀、不銹鋼環境艙、淬火介質噴頭和PLC控制裝置，不銹鋼環境艙固定于地面并與地面絕緣，兩個加熱電極置于不銹鋼環境艙內的滑動軌道上，其特征在于：兩個加熱電極與供電子系統相連接，兩個加熱電極分別與循環冷卻子系統相連接，淬火介質噴頭置于不銹鋼環境艙內導電類熱防護材料試樣的上方，淬火介質噴頭與淬火介質噴射子系統連接，單/雙比色紅外測溫儀置于不銹鋼環境艙外，透過石英觀察窗采集導電類熱防護材料試樣表面溫度，PLC控制裝置分別與供電子系統、循環冷卻子系統、淬火介質噴射子系統、淬火介質排出子系統、單/雙比色紅外測溫儀電信號連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟松鶴，金華，矯利闖，許承海，解維華，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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