Установка для дилатометрических испытаний композиционных материалов при высоких температурах

"2 Г 1 1 ЕЗЮВИ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Центральный научно-исследователь- .ский институт специального машиностроения и Институт проблем прочности АН УССР(56) Третьяченко Г. Н. и др. Дилатометр дляисследования тепловых деформаций деструкитрующих теплозащитных материалов. - Метрология, 1986, К. 9, с, 43,Лукина Э. Ю, и др, Методы дилатометрического исследования углеродных материалов при температурах от - 196 до 3000 С. - Всб.; Конструкционные материалы на основеуглерода, 1976, М 11, с. 166-175.(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ДИЛАТОМ ЕТРИЧ ЕСКИХИСПЫТАНИЙ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ(57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано дляопределения температурных коэффициентов линейного расширения образцов,Целью изобретения является повышениедостоверности испытаний композиционныхматериалов при высоких температурах. Дляэтогодилатометрическая установка снабжена опорой для размещения образца в видестакана с коаксиально расположеннымвнутри него стержнем, один конец которогозакреплен в днище стакана, а другой - соединен с призматической подложкой для размещения испытуемого образца, чтопозволяет исключить радиальное смещениеобразцапри нагреве, поскольку радиальное тепловое расширение нагревателя, компенсируется расширением стержня, причем стержень выполнен полым, с возможностью вывода прикрепленных к подлох ке термопар. Кроме того, трубчатый нагреватель строго центрируется относительно продольной оси корпуса печи и испытуемого образца, причем первоначальное центрирование не нарушается в процессе нагрева. Это достигается, во первых, за счет выполнения трубчатого нагревателя и захватов с коническими сопрягаемыми поверхностями, вовторых, за счет размещения захватов на плоских упругих диафрагмах, обладающих одинаковой податливостью в направлении оси нагревателя, Для обеспечения нормальной работы диафрагмы, защиты ее от разогрева, при котором диафрагма теряет свои упругие свойства, захваты трубчатого нагревателя снабжены дисковидными выступами, предотвращающими попадание лучистого потока тепла от трубчатого нагревателя на упругие диафрагмы. Кроме того, упругие трубчатые элементы в виде двойных спиралей, служащие для протока охлаждающей среды, являются дополнительными экранами для теплового потока от нагретых ФЬ элементов печи к упругой диафрагме. При Я этом схема подвода электропитания к труб- . (ф чатому нагревателю выполнена так., что электрический ток протекает через последовательно соединенные с системой нагрева неподвижный фланец, жгуты, кольцо. графитовый захват и трурчатый нагреватель, минуя упругую диафрагму, что исклгочает ее разогрев от прохождения через нее электрического тока. 1 з, и, ф - лы, 3 ил.Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для измерения температурных коэффициентов линейного расширения образцов из композиционных неметаллических материалов.Цель изобретения - повышение достоверности испытаний композиционных материалов при высоких температурах за счет уменьшения влияния изменения в процессе испытаний геометрических параметров нагревателя на положение и температурное поле образца.На фиг. 1 изображена предлагаемая установка; на фиг. 2 - то же, вид сбоку вдоль оси печи (разрез А - А на фиг, 1); на фиг, 3 - конструкция части токоподвода(разрез Б-Б на фиг. 1).Установка (фиг. 1) состоит из высокотемпературной печи 1, системы измерения тепловых деформаций (фиг. 2) с оптическим блоком 2 (например, горизонтальным микроскопом) и осветителем 3 образца 4, системы измерения температуры (фиг. 1) образца 4, включающей измерительную термопару 5 и регистрирующий прибор 6 (например, самопишущий потенциометр КСП 4), системы нагрева образца 4, включающей ведущую термопару 7, высокоточный регулятор 8 температуры (типа ВРТ - 3) и регулятор 9 напряжения с силовым трансформатором, соединенный шинами 10 и 11 с фланцами 12 и 13 токоподвода и системы продувки печи 1 инертным газом, включающей баллон 14 с редуктором (не показан), ротаметр 15 и трубопровод 16. Печь 1 состоит из корпуса 17 и торцовых крышек 18 и 19, Корпус 17 и крышки 18 и 19 снабжены иллюминаторами 20 (фиг. 2) и 21 (фиг. 1) для наблюдения эа образцом 4. Внутри печи 1 расположен графитовый трубчатый нагреватель 22 установленный в захватах 23 и 24. каждый из которых выполнен в виде графитовой втулки, имеющей внутреннюю коническую поверхность 25 на участке контакта с трубчатым нагревателем 22 и дисковидный выступ 26 на наружной поверхности. За выступом 26 каждого захвата 23 и 24 расположены токоподводы, состоящие из фланцев 12 и 13 и колец 27 и 28, укрепленных на захватах 23.и 24, Кольца 27 и 28 соединены с фланцами 12 и 13 равномерно расположенными по их периметру гибкими жгутами 29 и 30 и подпружинены в осевом направлении диафрагмами 31 и 32, закрепленными на кольцах 27 и 28 и фланцах 12 и 13. Каждый фланец 12 и 13 закреплен через изолирующие шайбы ЗЗ и 34 и 35 и 36 на корпусе 17 печи 1, Печь 1 и кольца 27 и 28 снабжены соответственно кольцевыми полостями 37- 39 для протока охлаждающей жидкости. По лости 38 и 39 соединены с фланцами 12 и 13 двумя упругими трубчатыми элементами 40и 41 и 42 и 43, выполненными в виде плоских спиралей и расположенными между диско- видными выступами 26 захватов 23 и 24 и гибкими жгутами 29 и 30, В одной из торцовых крышек 18 печи 1 установлен штуцер 44 для подачи инертного газа, а в другой -штуцер 45 для выхода газа. Внутри печи 110 (фиг, 2) коаксиально трубчатому нагревате 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лю 22 установлены тепловые экраны 46 с отверстиями 47 для наблюдения за образцом 4. Опора образца 4 выполнена в виде стакана 48 с коаксиально расположенным внутри него стержнем 49 перпендикулярно оси трубчатого нагревателя 22. Стакан 48 проходит через стенку трубчатого нагревателя 22 в средней его части, экраны 46 и стенку корпуса печи 1 и скреплен с трубчатым нагревателем 22 гайкой 50, Стержень 49 одним концом закреплен в днище стакана 48, На другом конце стержня 49 в трубчатом нагревателе 22 установлена призматическая подложка 51 для образца 4, Стержень 49 выполнен полым. Внутренняя полость стержня 49 предназначена для вывода закрепленных к подложке термопар 5 и 7 (фиг. 1), вывод которых из печи осуществляется через разьем 52 (фиг. 2), установленный на заглушке 53 корпуса 17 печи 1,Установка работает следующим образом,Во внутренней полости нагревателя 22 на подложке 51 размещают образец 4. Подают инертный гаэ от баллона 14 в печь 1, контролируя расход газа ротаметром 15, Включают систему нагрева и подают напряжение на нагреватель 22. Повышая величину проходящего тока через нагреватель 22, увеличивают его температуру до заданной величины. В процессе испытаний регистрируют температуру образца 4 регистрирующим прибором 6, а размеры образца 4 измеряют при помощи блока 2. При низких температурах (до свечения) образец 4 освещают осветителем 3, Система нагрева обеспечивает поддержание (стабилизацию) температуры образца 4 на заданном уровне, Размещение образца 4 на стержневой опоре позволяет повысить точность измерения за счет того, что через образец 4 не течет ток, а положение образца 4 относительно оптического блока 2, нагревателя 22 и экранов 46 остается постоянным, При этом на величину деформации образца 4 не накладываются тепловые деформации (расширение и удлинение) нагревателя 22,Кроме того, при температурном удлинении нагревателя его смещение осуществляется в обе стороны на одинаковую величину, 165642810 15 20 25 30 35 40 50 что обеспечивается одинаковой податливостью плоских упругих диафрагм 31 и 32. Помимо этого, плоские упругие дифрагмы 31 и 32 предотвращают перекос нагревателя 22 и смещение его оси относительно оси печи. Размещение термопар внутри полого стержня предохраняет их от перегрева и попадания продуктов деструкции при нагреве образца на термопару и исключает необходимость размещения термопар внутри нагревателя,Испытанию на предлагаемой установке подвергали образцы 4 с поперечными размерами 10 х 10 мм и длиной до 50 мм, изготовленные из углеметаллопластика и углерод-углеродного композиционного материала. Образцы 4 вырезали из спрессованных плит вулканитовыми дисками в двух направлениях, совпадающих с осями анизотропии материала. Температуру образца задавали в диапазоне от 20 до 2700 С. Термопары при измерениях были расположены вблизи поверхности образца 4, причем до 1600 С использовали платинородий-платиновые термопары, а выше - вольфрам-рениевые термопары, В качестве измерительного прибора применялся потенциометр КСП, соответствующийтермопаре модификации.В результате установлено, что испытания в предлагаемой установке по сравнению с испытаниями в установке-прототипе позволили уменьшить значения абсолютной погрешности измерения удлинения образца,Таким образом, предлагаемая установка( в отличие от установки-прототипа) позволяет повысить достоверность испытаний за счет уменьшения влияния изменения в процессе испытаний параметров нагревателя на положение и температурное поле образца, исключения прохождения тока через образец и повышения равномерности нагрева образца. Формула изобретения 1, Установка для дилатометрических испытаний композиционных материалов при высоких температурах, включающая высокотемпературную печь, состоящую из корпуса, графитового трубчатого нагревателя с двумя токоподводами, графитовых захватов и установленных коаксиально трубчатому нагревателю экранов, систему измерения тепловых деформаций с оптическим блоком и осветителем образца. систему нагрева образца, систему измерения температуры образца и систему продувки печи инертным газом, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения достоверности испытаний за счет уменьшения влияния изменения в процессе испытаний геометрических параметров нагревателя на положение и температурное поле образца, установка снабжена опорой для размещения образца, выполненной в виде стакана с коаксиально расположенным внутри него стержнем одним концом закрепленным в днище стакана, а на другом конце стержня в трубчатом нагревателе установлена призматическая подложка, причем стакан закреплен на трубчатом нагревателе в средней части перпендикулярно к его оси и проходит через стенку корпуса печи и экраны, которые изолированы от корпуса печи. а каждый захват трубчатого нагревателя выполнен в виде графитовой втулки, имеющей внутреннюю коническую поверхность на участке контакта с трубчатым нагревателем и дисковидный выступ на наружной поверхности, за которым последовательно расположены токо- подвод и упругая плоская диафрагма, причем токоподвод выполнен в виде неподвижного фланца, закрепленного через изолирующие шайбы на корпусе печи, и кольца, укрепленного на захвате и соединенного с фланцем равномерно расположенными по его периметру гибкими жгутами и подпружиненного в осевом направлении диафрагмой, закрепленной между фланцем и кольцом, причем фланец и кольцо снабжены полостями для протока охлаждающей среды, соединенными между собой двумя упругими трубчатыми элементами, выполненными в виде плоских спиралей и расположенными между дисковидным вы ступам втулки и гибкими жгутами,2.Установка поп.1, отлича юща яся тем, что стержень опоры выполнен полым с воэможностью вывода прикрепленных к подложке термопар, одна из которых соединена с системой измерения температуры, а другая - с системой нагрева образца.1656428. Фиг 3 Составитель Н,ГрищенкоТехред М,Моргентал Корректор О,Кравцова Редактор А.Ревин Заказ 2048 Тираж 401 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101