[发明专利]用于气炮/火炮预加热冲击实验的石墨支撑系统

说明书

本发明公开了一种用于气炮/火炮预加热冲击实验的石墨支撑系统，包括：水冷盘，其中部开设容纳槽；金属底座，其连接在水冷盘的容纳槽内；石墨支撑体，其连接在所述金属底座内；石墨支撑体上均匀设置有用于固定预加热冲击实验样品的多个凹槽；预加热冲击实验样品的多个支撑腿可置于多个凹槽内以实现预加热冲击实验样品的固定。本发明样品采用带腿支撑的方式，石墨支撑体远离感应线圈，使感应线圈产生的电磁场更有效地作用于样品；石墨支撑体通过金属底座固定于水冷盘上，使得通过石墨支撑体传递出去的热量被冷却水带走，使得水冷环后设备的温升在可接受范围内。实验证明，这种方式可对2200℃高温样品进行有效支撑，石墨支撑体保持其完整性。

技术领域

本发明涉及一种用于气炮/火炮预加热冲击实验的支撑系统，特别是一种用于气炮/火炮预加热冲击实验的石墨支撑系统。

背景技术

在利用气炮/火炮驱动产生冲击波以获取材料动态性质的冲击加载研究中，为了获得样品材料在高温下的动态响应，需要对样品进行预先加热然后再进行冲击加载。对样品进行预先加热的方式主要有两种，其一是电阻丝加热，该方式适用于1000℃以下样品的预加热冲击实验研究；另一种是电磁感应加热，通过在金属材料周围引入高频变化的电磁场使其内部产生涡电流以提升温度，被加热金属材料与加热所用电磁线圈间为非接触形式，可以把加热目标温度提升至2000℃以上甚至更高。

在利用气炮/火炮进行的预加热冲击实验中，在冲击加载前需要对高温样品进行支撑、定位以使飞片按照预定姿态撞击高温样品，同时降低高温样品的热传递对气炮靶室内其它仪器设备的加热作用。现有技术中，如“谷卓伟，金孝刚，张清福，孙悦；材料预加热冲击压缩实验技术及高温下不锈钢的动态响应；”采用陶瓷材料对高温样品进行支撑、定位，利用陶瓷材料热阻较高的性质对其进行隔热、保温。但是，由于陶瓷材料本身具有较高的热阻，靠近样品处温度较高，远离样品处温度较低；巨大的温度梯度使得陶瓷丧失其优异的力学性能，在远未达到其熔点的情况下断裂，极大降低了其可用温度范围。如图8是陶瓷支撑体使用前的状态，所用陶瓷为纯度99.9％的Al₂O₃陶瓷，其标识最高工作温度1700℃，但是在1600℃下已发生断裂(如图9所示)。

为了在更高温度下对样品进行有效支撑，需要对预加热冲击实验样品支撑系统进行重新设计，包括选用新材料、设计新结构，在保证电磁感应加热有效性的同时，对高温样品支撑过程中保持支撑结构自身的完整性，并减少热传递对周围其它仪器设备等的影响。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于气炮/火炮预加热冲击实验的石墨支撑系统，包括：

水冷盘，其中部开设容纳槽，所述容纳槽中部开设有通孔Ⅰ；所述水冷盘内设置有冷却水循环通道；所述冷却水循环通道上设置有进水口和出水口；

金属底座，其包括一体成型的底盘和位于底盘上的容纳环；所述底盘中部开设有通孔Ⅱ；所述金属底座的底盘可拆卸连接在水冷盘的容纳槽内；

石墨支撑体，其为圆柱筒体结构，所述石墨支撑体可拆卸连接在所述金属底座的容纳环内；所述石墨支撑体的圆柱筒体结构的内壁上均匀设置有用于固定预加热冲击实验样品的多个凹槽；所述预加热冲击实验样品包括一体成型的样品本体和位于样品本体上的多个支撑腿；所述多个支撑腿可置于多个凹槽内以实现预加热冲击实验样品的固定。

优选的是，所述金属底座的底盘大小与水冷盘的容纳槽大小相匹配；所述底盘与容纳槽的可拆卸连接方式为螺钉连接。

优选的是，所述石墨支撑体与金属底座的可拆卸连接方式为石墨支撑体卡在金属底座的容纳环内。

优选的是，所述石墨支撑体的制备方法包括以下步骤：