本實用新型專利技術公開了一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，包括高溫環境箱（13），所述高溫環境箱（13）的中部橫向貫穿有樣品（12），所述樣品（12）的兩端均位于所述高溫環境箱（13）的外側，所述樣品（12）的兩端通過夾具（10）與載荷單元相連。本實用新型專利技術提供的一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，可實現高溫服役行為的原位觀察，不同于傳統的高溫試驗機，本裝置使用左右旋絲桿，加載過程中樣品兩端都發生相對運動，樣品中心保持不動，因此可實現特定區域的原位觀察。本實用新型專利技術的裝置結構簡單、成本低廉、操作簡便、功能齊全，可以得到科學、真實的實驗結果。
【技術實現步驟摘要】
一種高溫力學模擬及原位觀察裝置
本技術涉及一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，適用于模擬并原位觀察材料的高溫力學行為，屬于材料測試
技術介紹
材料在高溫環境中的力學行為變化是材料研究者普遍關注的一個問題，模擬并原位觀察材料的高溫力學行為是評估材料高溫服役情況的關鍵。目前評價材料高溫力學行為主要使用高溫試驗機，如公開專利（CN107607411A）所述。高溫試驗機通常采用電阻絲加熱，并且實驗過程中夾具需與樣品一起放置于環境箱中。使用過程中存在以下不足：（1）加熱速度慢（2）加載過程中樣品一端固定，另一端逐漸加載使樣品發生拉伸，因此觀察視場發生運動，難以原位觀察某一特定區域的變化過程；（3）夾具與樣品同時放入高溫環境箱中，夾具需采用耐高溫材料。為此，亟需設計一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，可以模擬不同載荷形式下材料的高溫力學行為，并實現特定區域的原位觀察，以科學地評價和觀察材料的高溫服役過程。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是，本技術提供一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，該裝置可以真實模擬并原位觀察材料的高溫力學行為，實驗過程中溫度可控、形貌變化可觀察、加載載荷可控，適用于模擬和觀察材料的高溫服役行為。為解決上述技術問題，本技術采用的技術方案為：一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，包括高溫環境箱，所述高溫環境箱的中部橫向貫穿有樣品，所述樣品的兩端均位于所述高溫環境箱的外側，所述樣品的兩端通過夾具與載荷單元相連；所述高溫環境箱包括主體試驗箱，所述主體試驗箱的左右兩側均設置有密封單元，所述密封單元包括由內外壁組成的空腔式外殼，所述密封單元的內部中空，所述密封單元的左右兩側均設置有用于貫穿所述樣品的通孔，所述密封單元內部的左右兩側均設置有環形的Y型耐高溫橡膠密封圈，兩所述Y型耐高溫橡膠密封圈之間填充有若干磁球，所述密封單元上方設置有儲液單元，所述儲液單元內部填充有磁流變液，所述儲液單元與所述密封單元的內部相連通，所述外殼的上下兩端分別連通有冷卻水口，所述外殼為冷卻水道；所述主體試驗箱內設置有若干半鍍金反射型紅外線加熱石英管，所述半鍍金反射型紅外線加熱石英管包括半鍍金反射弧面和紅外線加熱石英管，全部所述半鍍金反射弧面的弧心角均正對所述樣品且均勻分布，所述半鍍金反射弧面正對樣品的一面涂布有鍍金層，所述紅外線加熱石英管位于所述半鍍金反射弧面的圓心處；靠近所述樣品處設置有溫度傳感器，所述主體試驗箱的外壁上開設有正對所述樣品中心位置的觀察窗口。所述磁球直徑為微米級，所述磁球表面包覆有壓電陶瓷涂層。所述載荷單元包括與一側所述夾具相連的應力傳感器，所述應力傳感器的外側與另一側所述夾具的外側分別連于螺母座上，兩根左右旋絲桿分別通過軸承穿過所述螺母座的上下兩端，兩所述左右旋絲桿的一端均活動連接在絲桿支撐座上，兩所述左右旋絲桿的另一端均與渦輪相連，所述渦輪與蝸桿上的齒輪呈垂直式嚙合，所述蝸桿固定在軸承支撐座上，所述蝸桿上套有齒輪一，所述齒輪一與電機上的齒輪二相嚙合。兩所述左右旋絲桿通過軸承與傳動座連接。所述密封單元通過金屬橡膠圈和法蘭與所述主體試驗箱連接。所述紅外線加熱石英管、所述應力傳感器、所述溫度傳感器和所述電機均與控制器相連；所述紅外線加熱石英管、所述應力傳感器、所述溫度傳感器、所述電機和所述控制器均由電源供電。所述Y型耐高溫橡膠密封圈的端頭的內徑較所述樣品的外徑小0~0.3mm，所述磁球與所述樣品之間的縫隙為0~0.3mm。所述Y型耐高溫橡膠密封圈的材質為雙氟橡膠圈。所述金屬橡膠圈由螺旋狀的金屬絲經冷沖壓制成，所述金屬絲的成分是0Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9Ti，所述金屬絲的直徑為0.05mm～0.15mm。所述觀察窗口的材質包括石英；所述儲液單元頂端設置有方便加液以及密封的堵頭。所述高溫環境箱內樣品工作溫度范圍為0～700℃，所述高溫環境箱由不銹鋼構成，內襯為耐火隔熱材料。本技術具有如下有益效果：1）本技術加熱速度快、經濟適用。不同于傳統的電阻絲加熱，本技術通過半鍍金反射型紅外線加熱石英的紅外聚焦，可以實現樣品局部區域的快速加熱，因此夾具無需放置在環境箱中，對夾具的材料無特殊要求，經濟適用。2）本技術的動態密封技術可實現動態載荷作用下密封。本裝置通過橡膠圈機械密封和磁流體的動密封耦合作用實現動態載荷作用下密封，Y型耐高溫橡膠密封圈中添加有表面改性的納米氧化鎂或納米氧化鋁，在不降低橡膠圈彈性基礎上，可有效提升橡膠密封圈的耐高溫性能。同時，一方面Y型耐高溫橡膠密封圈不僅防止熱空氣的泄漏也可以避免磁流變液在動態載荷作用下泄漏到內部主體試驗箱和外部環境中，另一方面，磁球不僅可以對橡膠圈的運動起到限制作用，而且可以持續提供磁場實現磁流體密封，進一步抑制熱空氣的泄漏。同時，不同于其他磁流體密封技術，每一個磁球都可成為密封單元，可逐級降低磁流體受到的壓力，起到類似迷宮密封的效果，因此密封效果優異。3）本技術可實現高溫服役行為的原位觀察。不同于傳統的高溫試驗機，本裝置使用左右旋絲桿，加載過程中樣品兩端都發生相對運動，樣品中心保持不動，因此可實現特定區域的原位觀察。4）本技術具有良好的磁穩定性。一般磁性材料在高溫下易出現磁性衰退現象，本技術一方面利用冷卻水道降低磁球溫度，另一方面當樣品受到載荷作用時，磁球表面的壓電陶瓷在力作用下產生電流，可持續給磁球充磁，使磁球保持磁性能的穩定。本技術的裝置結構簡單、成本低廉、操作簡便、功能齊全，可以得到科學、真實的實驗結果。附圖說明圖1為本技術的結構示意圖；圖2為本技術中高溫環境箱的結構示意圖；圖3為本技術中主體試驗箱的結構示意圖。圖中：1-電機，2-齒輪二，3-蝸桿，4-軸承支撐座，5-渦輪，6-傳動座，7-左右旋絲桿，8-螺母座，9-應力傳感器，10-夾具，11-絲桿支撐座，12-樣品，13-高溫環境箱，14-主體試驗箱，15-密封單元，16-儲液單元，17-堵頭，18-金屬橡膠圈，19-法蘭，20-半鍍金反射型紅外線加熱石英管，21-溫度傳感器，22-觀察窗口，23-磁球，24-Y型耐高溫橡膠密封圈，25-冷卻水口，26-冷卻水道。具體實施方式為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清晰，以下結合附圖及實施例對本技術進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。實施例1如圖1所示，一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，包括電機1、齒輪二2、蝸桿3、軸承支撐座4、渦輪5、傳動座6、左右旋絲桿7、螺母座8、應力傳感器9、夾具10、絲桿支撐座11、樣品12、高溫環境箱13；其中蝸桿3與軸承支撐座4通過軸承連接，并且蝸桿3與渦輪5相咬合構成減速機構；左右旋絲桿7與傳動座6和絲桿支撐座11通過軸承連接；左側的夾具10通過應力傳感器9與左側的螺母座8相連接；電機1用于控制應本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，其特征在于：包括高溫環境箱（13），所述高溫環境箱（13）的中部橫向貫穿有樣品（12），所述樣品（12）的兩端均位于所述高溫環境箱（13）的外側，所述樣品（12）的兩端通過夾具（10）與載荷單元相連；/n所述高溫環境箱（13）包括主體試驗箱（14），所述主體試驗箱（14）的左右兩側均設置有密封單元（15），所述密封單元（15）包括由內外壁組成的空腔式外殼，所述密封單元（15）的內部中空，所述密封單元（15）的左右兩側均設置有用于貫穿所述樣品（12）的通孔，所述密封單元（15）內部的左右兩側均設置有環形的Y型耐高溫橡膠密封圈（24），兩所述Y型耐高溫橡膠密封圈（24）之間填充有若干磁球（23），所述密封單元（15）上方設置有儲液單元（16），所述儲液單元（16）內部填充有磁流變液，所述儲液單元（16）與所述密封單元（15）的內部相連通，所述外殼的上下兩端分別連通有冷卻水口（25），所述外殼為冷卻水道（26）；/n所述主體試驗箱（14）內設置有若干半鍍金反射型紅外線加熱石英管（20），所述半鍍金反射型紅外線加熱石英管（20）包括半鍍金反射弧面和紅外線加熱石英管，全部所述半鍍金反射弧面的弧心角均正對所述樣品（12）且均勻分布，所述半鍍金反射弧面正對樣品（12）的一面涂布有鍍金層，所述紅外線加熱石英管位于所述半鍍金反射弧面的圓心處；靠近所述樣品（12）處設置有溫度傳感器（21），所述主體試驗箱（14）的外壁上開設有正對所述樣品（12）中心位置的觀察窗口（22）。/n...
【技術特征摘要】
1.一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，其特征在于：包括高溫環境箱（13），所述高溫環境箱（13）的中部橫向貫穿有樣品（12），所述樣品（12）的兩端均位于所述高溫環境箱（13）的外側，所述樣品（12）的兩端通過夾具（10）與載荷單元相連；
所述高溫環境箱（13）包括主體試驗箱（14），所述主體試驗箱（14）的左右兩側均設置有密封單元（15），所述密封單元（15）包括由內外壁組成的空腔式外殼，所述密封單元（15）的內部中空，所述密封單元（15）的左右兩側均設置有用于貫穿所述樣品（12）的通孔，所述密封單元（15）內部的左右兩側均設置有環形的Y型耐高溫橡膠密封圈（24），兩所述Y型耐高溫橡膠密封圈（24）之間填充有若干磁球（23），所述密封單元（15）上方設置有儲液單元（16），所述儲液單元（16）內部填充有磁流變液，所述儲液單元（16）與所述密封單元（15）的內部相連通，所述外殼的上下兩端分別連通有冷卻水口（25），所述外殼為冷卻水道（26）；
所述主體試驗箱（14）內設置有若干半鍍金反射型紅外線加熱石英管（20），所述半鍍金反射型紅外線加熱石英管（20）包括半鍍金反射弧面和紅外線加熱石英管，全部所述半鍍金反射弧面的弧心角均正對所述樣品（12）且均勻分布，所述半鍍金反射弧面正對樣品（12）的一面涂布有鍍金層，所述紅外線加熱石英管位于所述半鍍金反射弧面的圓心處；靠近所述樣品（12）處設置有溫度傳感器（21），所述主體試驗箱（14）的外壁上開設有正對所述樣品（12）中心位置的觀察窗口（22）。
2.根據權利要求1所述的一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，其特征在于：所述磁球（23）直徑為微米級，所述磁球（23）表面包覆有壓電陶瓷涂層。
3.根據權利要求1所述的一種高溫力學模擬及原位觀察裝置，其特征在于：所述載荷單元包括與一側所述夾具（10）相連的應力傳感器（9），所述應力傳感器（9）的外側與另一側所述夾具...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李旋，巨佳，
申請(專利權)人：李旋，
類型：新型
國別省市：江蘇;32
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