一种陶瓷材料高温弯曲蠕变性能的测试装置的制作方法

本技术属于陶瓷材料高温力学性能测试，尤其涉及一种陶瓷材料高温弯曲蠕变性能的测试装置。

背景技术：

1、陶瓷材料作为高温工程领域的核心基础材料（如高温窑具、发动机热端部件、承烧板等），其在高温恒定应力下的抗弯曲蠕变性能直接决定了构件的服役寿命与安全可靠性。弯曲蠕变作为陶瓷材料高温失效的主要形式之一，表现为材料在持续弯曲应力下随时间发生的不可逆塑性形变，其量化表征对材料筛选、工艺优化及工程应用至关重要。然而，现有技术中针对陶瓷材料高温弯曲蠕变的测试装置仍存在显著结构缺陷，严重制约了测试精度与工程适用性，具体如下：

2、一、现有测试标准与装置的工况模拟失真

3、国际通行的陶瓷材料高温蠕变评价标准（如iso 3187：1989）采用单轴压缩蠕变测试法，对应测试装置仅能对试样施加垂直方向的压缩应力。该结构设计完全忽略了实际工程中陶瓷构件（如窑具横梁、承烧板）普遍承受的弯曲应力状态，导致测试数据与实际服役环境下的失效行为严重脱节。例如，标准装置需定制中心带通孔的圆柱形试样（直径50±0.5 mm，高50±0.5 mm，通孔直径12～13 mm），该结构仅适配压缩加载，无法模拟梁式构件的三点弯曲受力模式，难以反映真实工况下的应力分布特性。

4、二、现有装置的加载模式与测量方式局限

5、现有技术中，无论是金属材料还是陶瓷基复合材料的蠕变测试装置（如cn202211621668.9、cn202411464918.1），均采用单轴拉伸/压缩加载结构，缺乏对实际工况中的弯曲应力场的模拟能力。此外，传统装置普遍依赖静态加载机制（如cn201922417802.3的砝码组件、cn202410875067.3的配重系统），无法实现多级应力水平的动态加载。在测量端，现有技术多采用接触式传感器（如cn202211621668.9的光栅尺），其测量端易受高温环境干扰（如热膨胀、氧化），且无法实现非接触式实时监测，导致形变数据采集精度低、易引入人为误差。

6、三、现有装置对块体陶瓷测试的适应性不足

7、针对块体陶瓷材料（尤其是大尺寸试样）的测试需求，现有技术装置存在显著结构缺陷：一方面，其样品夹持结构（如cn201922417802.3的卡盘）仅适配小尺寸纤维状或薄片试样，无法稳定固定块体陶瓷；另一方面，跨距调节功能缺失，难以根据试样长度调整支撑间距，导致测试结果受试样几何尺寸影响显著，缺乏普适性。

8、四、现有装置的防护与数据关联性薄弱

9、高温环境下，试样氧化是影响测试结果的关键因素，但现有技术装置普遍未配置惰性气体保护结构（如cn202411464918.1的开放式炉腔），无法抑制试样表面氧化，导致蠕变数据失真。

10、综上，现有技术中针对陶瓷材料高温弯曲蠕变的测试装置存在工况模拟失真、加载模式单一、测量精度低、试样适应性差、防护功能缺失及数据关联性弱等结构缺陷，亟需一种能够复现真实弯曲应力、支持动态加载与非接触测量、适配块体陶瓷且具备氧化防护功能的新型测试装置，以提升陶瓷材料高温力学性能评价的准确性与工程实用性。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种陶瓷材料高温弯曲蠕变性能的测试装置。

2、这种陶瓷材料高温弯曲蠕变性能的测试装置，包括：用于对待测试样施加预设载荷的高温载荷加载系统，用于检测待测试样的温度、形变以及挠度数据的形变检测系统，跨距调节机构、用于防止待测试样氧化的惰性气体保护系统、以及用于对测试装置进行控制的伺服控制系统；

3、高温载荷加载系统包括下支撑辊、耐高温陶瓷支架和载荷压头；耐高温陶瓷支架固定于下支撑辊上，耐高温陶瓷支架用于放置待测试样；载荷压头设于待测试样正上方，载荷压头用于对待测试样施加预设载荷；

4、形变检测系统包括激光位移传感器、热电偶、红外测温仪和数据采集模块；

5、跨距调节机构，用于根据待测试样的长度预设下支撑辊之间的跨距并且调节跨距，以适应不同尺寸的待测试样；

6、惰性气体保护系统，用于在测试过程中向高温炉腔内通入惰性气体并且于高温炉腔内进行气流循环，以防止待测试样氧化；

7、伺服控制系统电连接载荷压头、数据采集模块和跨距调节机构。

8、作为优选：

9、用于测试由高温炉腔和高温炉盖构成的、相对密闭的高温环境内待测试样的弯曲蠕变性能，相对密闭的高温环境内设有加热单元和温度控制单元，能够按照预定的升温曲线提升内部温度并进行控温（以5℃/min的速率精准地将内部温度提升至1600℃，并在该温度下保持2h的稳定保温状态，为待测试样的升温过程提供稳定且符合试验要求的高温环境，以模拟其在实际应用场景中的高温工况）；伺服控制系统电连接加热单元和温度控制单元；

10、下支撑辊为对称布置的双辊或等距布置的三辊；

11、耐高温陶瓷支架上部设有凹槽，待测试样通过凹槽卡扣固定于耐高温陶瓷支架上；耐高温陶瓷支架表面涂覆有耐高温的陶瓷涂层，以防止在高温下耐高温陶瓷支架和待测试样粘连；

12、载荷压头为陶瓷材质。

13、作为优选，待测试样为待蠕变的陶瓷条。

14、作为优选：

15、热电偶、激光位移传感器和红外测温仪通过信号传输组件连接数据采集模块；激光位移传感器的测量轴线与待测试样的中心垂线重合，激光位移传感器用于非接触检测待测试样的挠度数据；热电偶和红外测温仪用于协同测试待测试样的温度数据；数据采集模块用于采集和存储温度、形变以及挠度数据并且根据数据生成实时曲线；

16、激光位移传感器固定于高温炉腔顶部中心；

17、信号传输组件为光纤；

18、热电偶埋设于高温炉腔内待测试样两侧；

19、红外测温仪固定于高温炉腔内部并且对准待测试样。

20、作为优选：跨距调节机构包括位于高温炉腔内壁的、分布于待测试样两侧的多组定位孔槽，定位孔槽用于安装固定下支撑辊，定位孔槽表面涂覆有耐高温的陶瓷涂层。

21、作为优选，惰性气体保护系统包括储存有惰性气体的气瓶和设于气瓶上的惰性气瓶流量计，高温炉腔上设有惰性气体进气口，惰性气体进气口连通气瓶的出气口和高温炉腔；高温炉腔上还设有排气口；惰性气瓶流量计电连接伺服控制系统。

22、作为优选：

23、惰性气体进气口为位于高温炉腔底部的多个呈环形分布的进气孔，高温炉腔顶部还设有与惰性气体进气口形成气流循环的排气口；

24、通入高温炉腔内的惰性气体为氮气或氩气。

25、作为优选：

26、测试装置还包括：下模座垫板、下模座、顶杆、导柱、导套、高温炉垫板、限位块、高温炉盖固定板、高温炉盖固定板垫板和上模座；

27、高温炉腔和高温炉盖通过机械连接方式固定于上模座和下模座之间，上模座和下模座为高温炉腔和高温炉盖提供稳定且可靠的固定支撑，确保在整个试验过程中，高温炉腔和高温炉盖保持既定的位置和姿态，避免因外界因素干扰而产生位移或晃动，从而保障试验环境的稳定性；下模座底部还固定连接有下模座垫板，上模座底部还固定连接有高温炉盖固定板垫板，高温炉盖固定板垫板底部还固定连接有高温炉盖固定板，高温炉盖固定板固定连接限位块，限位块固定连接高温炉盖；下模座顶部还固定连接有高温炉垫板；高温炉盖固定板垫板、高温炉盖固定板、限位块、高温炉垫板、下模座和下模座垫板均用于放置高温炉腔和高温炉盖，以及支撑载荷压头加压时所产生的力：高温炉盖固定板垫板和下模座垫板一方面为高温炉腔和高温炉盖提供平整且坚实的承载平面均匀分散其自身重力以及后续试验过程中产生的各类附加作用力，另一方面，在载荷压头施加压力时，能够凭借自身的材料特性和结构设计，有效支撑并传递载荷压头所施加的力，确保力能够均匀且稳定地作用于试验对象，避免因局部受力不均而导致试验误差；高温炉盖固定板通过诸如六角螺钉等连接件与高温炉盖固定板垫板和限位块稳固连接，将高温炉盖牢固地固定住，以防止高温炉盖在非预期情况下发生位移；限位块则用于依据预先设定的运动范围和位置精度要求，精确控制高温炉盖在特定方向上的移动范围，确保高温炉盖在开启、关闭以及试验过程中的位置准确性，保障整个测试装置的密封性和安全性；

28、顶杆一端穿过高温炉垫板伸入高温炉腔内部，另一端连接外部驱动装置，顶杆用于在测试完成后在外部驱动装置的驱动下沿直线运动将待测试样从耐高温陶瓷支架上顶出（确保试验后的样品能够顺利取出，以便进行后续的分析和检测工作），顶杆与高温炉腔之间设有动态密封件，以保证在顶杆顶出/回收时不破坏高温炉腔的气密性；外部驱动装置电连接伺服控制系统；

29、上模座和下模座的两侧均设有中空的导套，导套内嵌接有导柱，导柱作为引导高温炉盖与高温炉腔对接匹合的导向装置。

30、作为优选，测试装置还包括：模柄，模柄连接载荷压头，用于将外界压力传递至所示载荷压头上。

31、作为优选：

32、高温炉腔采用双层壳体结构，高温炉腔的内层壳体由刚玉莫来石纤维砖组成，高温炉腔的外层壳体由碳化硅涂层钢板组成；

33、加热单元为u型硅钼棒。

34、本实用新型的有益效果是：

35、本实用新型具体采用三点弯曲加载结构（耐高温陶瓷支架、载荷压头及下支撑辊组合）精确复现实际工程中的弯曲应力场；集成非接触式形变检测系统（激光位移传感器、热电偶和红外测温仪）实现了高温环境下挠度与温度的高精度实时监测；通过可调跨距机构适配不同尺寸块体陶瓷试样；引入惰性气体保护系统防止试样氧化；并依托伺服控制系统实现动态加载与数据自动采集，从而显著提升了测试准确性、效率及工程适用性，为高温结构陶瓷的研发、筛选与寿命评估提供了可靠支撑。

36、本实用新型提供的一种陶瓷材料高温弯曲蠕变性能测试装置，通过创新性的结构设计，综合解决了现有技术中工况模拟失真、测量精度低、试样适应性差、防护功能缺失及数据关联性弱等核心问题。