超高溫結構陶瓷力學試驗設備選擇方法

  隨著我國航空、航天技術的飛速發展，發動機、渦輪葉片材料向著更為耐高溫、更輕質化、更高強度的方向發展，其中C-SiC復合結構材料因其優異的性能，成為國內眾多高校、科研院所的研究對象，而高溫力學試驗設備是科研過程中不可或缺的技術條件之一。

在試驗設備選擇時，應綜合分析如下影響因素，以便進行設計方案更為合理、完善，從而降低制造成本。

  【參照2700℃高溫真空力學試驗系統】

1、 溫度范圍：

在進行設備選擇時，首先應明確實際的使用溫度，其工作溫度多為600～2000℃，其極限溫度按照2200℃設計即可，如按照2500℃極限溫度選擇，需增大爐腔尺寸、更改局部結構，更換可耐更高溫度的元件、試驗機的空間也要響應加大，從而提高了采購成本。

2、 設備功能

高溫環境下的拉伸、壓縮、彎曲、剪切試驗都可在該套設備上完成，因該類試驗無國家標準可遵循，試樣規格應在滿足要求的前提下盡量縮小物理尺寸，以便于降低制造成本。

3、 加熱方式

該溫度范圍的高溫真空系統，有兩種材質的加熱體可供選擇：1）石墨2）W合金，當試驗對象為C基復合材料或C-SiC復合材料時，高溫腔體中存在游離的C可與W合金發生化學反應形成碳化鎢，使發熱體產生龜裂，裂紋擴展至發熱體深部而發生脆斷，因此只能選擇高強石墨作為發熱體。

4、 真空機組

真空機組可選擇的有分子泵、擴散泵、機械泵。因爐腔內發熱體為石墨、保溫材料為碳氈，均為高揮發性材料。而分子泵抗污染能力差，只能選擇擴散泵+機械泵組合，也可再配置羅茨泵加大抽速，加快工作節拍。

5、 環境真空度

因爐腔內高揮發性材料體積較大，并且在試驗過程中持續揮發，因此工作真空度為10-2Pa量級。

6、 測溫方式

鎢錸熱電偶的理論測量范圍可達到2300℃，在實際應用過程中，超過1830℃后離散型比較大，且鎢錸熱電偶高溫脆性使其損耗大，因此選用雙色比色計+熱電偶組合測溫的方式。

7、 高溫夾具

夾具材質可選用C-C復合材料和W合金材料制造。C-C復合材料具有獲得容易、加工性能良好、高溫強度較高的特點，特別適合于制造壓縮、彎曲夾具。W合金夾具具有高溫強度高的優點，但是精密加工難，高溫與游離C化學反應的缺點，但仍可作為長時間使用的夾具材料。

8、 變形測量

在高溫環境下進行力學性能試驗，其變形測量相對于室溫環境，情況要復雜的多：不能用肉眼直接觀察、試驗過程中不可進行調整、升溫過程測量裝置及試樣熱膨脹、測量裝置的材質選擇、變形傳感器的耐高溫性能等，各種因素均可能影響測量結果。

在該套高溫真空試驗系統中，可選擇C-C復合材料制造，多采用雙邊平均值法；傳感器選用電感式，元件具有較為優良的耐高溫性能及良好的熱穩定性，是高溫試驗的首選。