Способ дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК АЗ 17942 п 9) И 5 6 01 й 25/16 4 ф,р ",АНИ ЗОБ ЕТЕН АТЕНТф.,л1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) 1. Ремизова А,А. и др. Объемный дилатометр. Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов вшироком диапазоне температур. Краткиетез.докл. Первое Всесоюзн, совещание. Л.;ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, 1973, с.111-114.2. Лукина З.Ю. и др. Методы дилатометрического исследования углеродных материалов при температурах от - 196 до 3000 Св сб, Конструкционные материалы на основе углерода, 1976, М 11, М.; Металлургия,1976, с.166 - 175,Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам дилатометрических испытаний анизотропных композиционных неметаллических материалов с целью определения объемных тепловых деформаций этих материалов.Известен спбсоб объемной дилатометрии, заключающийся в том, что испытуемый образец материала помещают в дилатометрическую камеру с дилатометрической жидкостью и при повышении температуры жидкости в камере измеряют изменение объема образца и его температуру(1).Недостаток способа заключается в том, что дилатометрическая жидкость проникает в пористый образец из композиционного материала, что снижает достовврность дилатометрических испытаний, Кроме того,(54) СПОСОБ ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ. АНИЗОТРОПНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам дилатометрических испытаний. Сущность способа: образец изготавливают с метками, расположенными попарно. вдоль каждой оси анизотропии материала. Помещают образец в испытательную камеру дилатометра. Одновременно измеряют линейные тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль всех осей анизотропии материала при изменении температуры в камере. По полученным результатам рассчитывают объемную тепловую деформацию анизотропного композиционного материала, 1 ил. верхний и нижний пределы изменения тем- ь пературы образца ограничены рабочей тем-.4 пературой дилатометрической жидкости.соНаиболее близким по технической сущ- фь, ности к предлагаемому способу является р способ дилатометрических испытаний ани- р эотропных композиционных материалов, заключающийся в том, что из используемого материала вырезают несколько образцов в виде стержней с метками, каждый из которых вырезав в направлении, совпадающем (д с одной из осей айизотропии материала, Последовательно каждый образец помещают в испытательную камеру дилатометра и при изменении температуры в камере измеряют тепловые деформации образца по направлению, совпадающему с одной из осей анизотропии материала 2), 1794249. Недостаток способа заключается в невозможности получения истинных значений изменения объема материала при его нагреве, поскольку последовательное определение тепловых деформаций на образцах, вырезанных в направлении каждой из осей анизотропии материала, не дает взаимно коррелируемых результатов. Это происходит из-за того, что при вырезке нескольких образцов искажаются прочности связи по поверхностям раздела фаз и поля остаточных термических напряжений. Кроме того, поскольку образцы вырезают из разных участков материала, они характеризуются различными объемным содержанием компонентов, микро- и макродефектами. При этом анизотропия композиционного материала приводит к тому, что при нагреве одновременно происходит, например, интенсивное расширение образца (по основе) . и усадка (по утку. Это снижает достоверность определения объемных тепловых деформаций при дилатометрических испытаниях анизотропных композиционных материалов.Цель изобретения - повышение достоверности дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов.Цель достигается тем, что по способу дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов, заключающемуся в том, что из испытуемого материала изготавливают образцы с метками, расположенными вдоль оси анизотропии материала, помещают образец в испытательную камеру дилатометра и при изменении температуры в камере измеряют . по меткам линейную тепловую деформацию образца вдоль оси аниэотоопии материала, образец изготавливают с метками, расположенными попарно вдоль каждой оси аниэотропии материала, одновременно измеряют линейные, тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль осей анизотропии материала и по полученным результатам рассчитывают объемную тепловую деформацию материала.При таком способе дилатометрическихиспытаний анизотропных композиционных материалов осуществляется одновременное иэмерейие знакопеременных тепловых деформаций по различным осям анизотропии материала. например по основе - интенсивное расширение, а по утку - усадка и цаоборот. При этом в полной мере учитываются механические и теплоФизическив свойства матерйалэ, включая внутренние Напряжения, как первоначальные, так и возникающие в процессе нагрева, а также тот факт, что для анизотропии композиционных материалов при определении объемного теплового деформирования неприменимипринцип суммирования а=Х а 1, где а1- линейное тепловое деформирование, полученное при отдельных испытаниях вдоль каждой оси анизотропии известны О ми способами.На чертеже изображена структурнаясхема дилатометра, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ дилатометрических испытаний анизотроп ных композиционных материалов, например углерод-углеродных, имеющих три взаимно ортогональнце оси аниэотропии.Дилатометр состоит из высокотемпературной печи 1, бесконтактного измерителя 2 2 О размеров образца по трем взаимно ортогональным направлениям, совпадающим с осями анизотропии материала испытуемого образца; системы 3 нагрева и измерения температуры образца, системы 4 продувки 25 печи 1 инертным газом, системы 5 вакуумирования печи 1 и системы 6 охлаждения деталей и узлов печи 1, Осветители 7 и 8 образца, оптико-электроннь 1 е каналы 9, 10 и 11 измерения размеров образца установле О ны вне печи 1. Результат измерения размеров образца по каждой координате отображается на индикаторах 12, 13 и 14 и через модуль 15.сопряжения поступает на .ЭВМ (на чертеже не показана).Метками являются, например, отверстия вблизи торцов образца, расположенные попарно вдоль каждой оси анизотропии материала, .Высокотемпературная печь 1 состоит из 4 О корпуса с торцовыми крышками, токовводов,горизонтально расположенного графитового нагревателя и тепловых графитовых экранов, Для измерения тепловых деформаций по трем взаимно ортогональным координа там печь снабжена шестью иллюминаторами,попарно расположенными в трех взаимне ортогональных направлениях, которые обеспечивают свободный доступ для измерения тепловых деформаций образца по 5 О меткам бесконтактным измерителем 2, атакже температуры образца пирометром, входящим в состав системы 3 изменения температуры образца.Способ дилатометрических испытаний 55 анизотропных композиционных материалов реализуют следующим образом.Из испьлуемого Материала изготовляютобразец, например. в виде куба таким образом; чтобы его каждая пара противоположных граией была перпендикулярна однойиэ осей анизотропии материала. Направление осей аниэотропии выбирают исходя иэ структуры материала и технологии его изготовления. Вблизи граней изготавливают попарно отверстия вдоль каждой оси анизотропии материала, Во внутренней полости нагревателя на подложке размещают образец. Подают инертный газ от системы 4 продувки печи 1 инертным газом или вакуумируют печь 1 с помощью системы 5 вакуумирования.С помощью бесконтактного измерителя 2 измеряют первоначальные размеры образца по меткам вдоль трех взаимно ортогональных направлений, совпадающих с осями анизотропии материала, и с помощью ЭВМ рассчитывают объем образца, Включают систему 3 нагрева и подают напряжение на нагреватель печи 1. Увеличивают температуру нагревателя до заданнойвеличины. В процессе испытаний одновременно регистрируют температуру образца илинейные тепловые деформации по трем5 взаимно ортогональным направлениям,совпадающим с осями анизотропии материала, С помощью Э ВМ рассчитывают изменение объема образца от температуры иопределяют объемные тепловые деформа 10 ции анизотропного композиционного материала.Таким образом, предлагаемый способпо сравнению с прототипом повышает достоверность дилатометрических испытаний15 композиционных материалов за счет одновременного измерения на одном образцелинейных тепловых деформаций по меткам,расположенным попарно вдоль всех осейанизотропии материала,20Формула изобретения Способ дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов, заключающийся в том, что из испытуемого материала изготавливают образец с метками, расположенными вдоль оси анизотропий материала, помещают образец в испытательную камеру дилатометра и при изменении температуры в камере измеряют по меткам линейную тепловую деформацию образца вдоль оси анизотропии материала,25о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности испытаний анизотропных композиционных материалов, образец изготавливают с метками, располо-, 30 женными попарно вдоль каждой оси анизотропии материала, одновременно измеряют линейные тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль всех осей аниэотропии материала и по полученным результа там рассчитывают объемную тепловуюдеформацию материала.