[发明专利]在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置及应用

权利要求书

1.一种在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置，其特征在于，该装置包括：电子万能试验机、加载控制系统、电源控制系统、感应加热器、应变测量系统、样品夹具、测温系统、压强控制系统、显示分析系统、真空系统，具体结构如下：

电子万能试验机中的真空腔体为全水冷设计，在真空腔体不同部位留有各个功能窗口：夹具与电子万能试验机的传感器连接口、测温系统的红外或热电偶温度测量口、压强控制系统的压强控制口、电源控制系统的感应电源引入口、应变测量系统的引伸计引入口、真空系统与真空腔体的连接口，压强控制系统和真空系统共同构成环境气氛控制系统；感应加热器与电源控制系统的感应电源相连，通过设计与样品相匹配的不同感应加热器形状和尺寸，与样品耦合；应变测量系统一端的引伸计与样品相连，应变测量系统的另一端与电子万能试验机控制器上的显示分析系统相连；样品通过样品夹具固定于真空腔室内，夹具与电子万能试验机的加载装置连接，加载控制系统分别与加载装置上的载荷传感器和显示分析系统相连；测温系统的输入端与样品相对应，测温系统的输出端与显示分析系统连接。

2.按照权利要求1所述的在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置，其特征在于，环境气氛控制系统包括罗茨泵和机械泵两级联动的真空系统以及充入气体进行压力和流量控制的压强控制系统，压强控制系统采用薄膜硅和压强控制仪联合来实现真空腔体内气氛可控，通过薄膜硅受到的压力获得气氛压强，并通过压强控制仪对气氛压力和流量进行控制；真空系统与压强控制系统共同实现对真空腔室内气体压强和气体流速的精确控制，气氛压强控制范围：10Pa～0.1MPa区间内任意压力精确控制，气体流量：1～1000mL/min。

3.按照权利要求1所述的在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置，其特征在于，感应加热器是通有冷却水的中空薄壁紫铜螺线管结构的磁感应线圈，表面缠裹石英纤维布，铜螺线管为中空结构，用于流通循环冷却水；通过优化感应加热器的尺寸及形状，利用感应加热原理将样品加热至不同的目标温度；

感应加热器采用电磁感应加热，电磁感应加热为中频电源和磁感应方式相结合进行，中频电源输出功率为5～30kW，频率范围为10～40kHz；感应加热瞬时加热和瞬时停止加热，实现样品的快速升温和降温，样品在300℃以上时，升温速率为20～25℃/s，降温速率为40～50℃/s；

当测试样品是导电性材料时，样品自身感应加热，导电性材料包括石墨基复合材料、纯碳/碳复合材料、添加抗烧蚀剂的碳/碳复合材料、金属间化合物或导电陶瓷；当测试样品是不导电性材料时，采用间接加热方式，采用导电的材料制成辅助加热体，靠感应辅助加热体的热辐射和热传导效应对样品进行加热。

4.按照权利要求1所述的在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置，其特征在于，样品夹具为对开式样品夹持方式设计，夹具材质为镍基单晶高温合金，样品上下分别通过夹具固定，位于上部的夹具上端与电子万能试验机的加载装置连接，并在夹具内部通循环冷却水进行水冷降温；用于三点弯曲和压缩的样品夹具，采用超高温陶瓷棒材料作为载荷加载传递介质。

5.按照权利要求1所述的在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置，其特征在于，测温系统由铂铑-铂接触式热电偶和双比色红外高温计组成，在1000℃以下时使用铂铑-铂接触式热电偶与样品接触测量样品表面的温度，当温度高于1000℃时采用双比色红外高温计非接触式测量样品的表面温度。

6.按照权利要求1所述的在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置，其特征在于，应变测量系统的引伸计为应变测量仪，引伸计通过真空腔室的引入口与样品的标距段接触。

7.按照权利要求1所述的在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置，其特征在于，显示分析系统为计算机系统，作为电子万能试验机的控制系统及应变测量系统和测温系统的记录系统，对样品施加不同的载荷，并记录有效标距段的位移变化；将电子万能试验机的载荷加载、应变测量系统测得的应变和测温系统测得的温度集成显示，并根据不同测试设计加载程序，同时根据力学强度公式计算各个测量参量的数值。