[发明专利]一种材料高温服役性能检测设备

说明书

本发明涉及一种材料高温服役性能检测设备，包括：炉体单元，用于提供对被检测材料进行检测的实验空间；所述炉体单元上设有可视窗口模块，所述可视窗口模块用于提供光学检测单元对被检测材料进行检测的窗口；加热冷却单元，用于加热被检测材料和冷却炉体单元；所述加热冷却单元的冷却模块设置于炉体单元的外侧；载荷单元，用于为被检测材料提供竖向荷载；真空单元，用于将炉体单元的内部空间抽成真空状态；光学检测单元，用于实时检测被检测材料的变化；所述光学检测单元设置于炉体单元的外侧，并与可视窗口模块的高度相匹配；声学检测单元，用于采集检测过程中的声波变化。本发明可以实时直观地观测被检测材料高温服役过程中的变化状态，能够实现材料高温状态下内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见信息和材料表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测分析。

技术领域

本发明涉及材料服役性能检测技术领域，特别涉及一种材料高温服役性能检测设备。

背景技术

高温合金、复合材料、陶瓷等高温材料被广泛应用于冶金、电力、石油化工和航空航天工业等高温工业生产中，其服役环境通常为高温条件，长时间服役过程中，材料高温力学行为(老化、断裂、蠕变等)对于设备安全、高效运行及其结构的可靠性评定、寿命预测以及安全设计至关重要。传统材料高温服役性能研究方式较为粗放，多采用强度测试或热震等手段粗放式评价，难以获知材料高温服役性能动态瞬态信息，限制了高性能材料的开发与应用。

高温情况下获取材料表面的变形和应变场信息是对其高温力学行为评估和研究的关键和基础。现有的应变测量方法通常分为接触式应变测量方法和非接触式应变测量方法。接触式应变测量方法是根据测头的位移来表征材料的应变，一方面，其测量的范围有限，通常只能测量单点或者局部的应变；另一方面，接触式应变测量只能获取平均应变信息，无法准确表征非对称应变。相比于传统接触式应变测量技术，非接触式应变测量技术主要原理是基于数字图像相关技术，基于机器视觉原理实现变形测量，可以避免与试件接触，能对拉伸或压缩的全过程进行检测，且不会对测量试件产生任何影响。材料高温服役状过程中所产生的表面形变其内在原因是材料内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见的微观现象的积累。基于材料高温环境服役过程中的宏观形变及微观损毁过程信息的获取对于揭示材料高温服役过程损毁机理，建立材料服役性能评价体系，指导新型高品质高温材料开发具有重要意义。

潘兵等通过外加紫外光源，配合窄带通滤波片实现高温下的材料表面应变信息测量，发明号CN201710567402.3，但高温状态下，空气等气体受热密度变化会导致对光折射率产生严重影响，从而严重影响图像采集质量和计算精度。且单独采集和分析材料表面应变信息，无法获取其内部受损行为，难以进一步理解分析材料形变和断裂内部机理。

利用X射线断层扫描技术可以对材料内部受损情况分析，但X射线断层扫描设备光路系统复杂，设备价格昂贵，维修成本高，且X射线断层扫描技术难以开展1600℃及以上极端温度环境下材料内部结构的分析，目前尚无有效的材料高温环境服役过程宏观形变及微观损毁过程信息获取技术。

概言之，现有技术中对材料高温服役性能进行检测的设备主要存在如下问题：

①、接触式应变测量方法：测量范围有限，通常只能测量单点或局部的应变；只能获取平均应变信息，无法准确表征非对称应变；

②、非接触应变测量方法：气体受热密度变化对光折射率产生影响，从而影响了图像采集质量和计算精度；X射线断层扫描方法的光路系统复杂，设备和维修成本高，且难以开展1600℃及以上极端温度环境下材料内部结构的分析；

③、缺少对材料高温状态下内部微裂纹形成、扩展及颗粒滑移等不可见信息和材料表面宏观应变分布信息的多尺度同步探测、采集的检测设备。

发明内容

本发明意在提供一种材料高温服役性能检测设备，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

一种材料高温服役性能检测设备，其改进之处在于，包括：