本發(fā)明涉及一種力學(xué)性能測試裝置，尤其涉及一種熔鹽環(huán)境力學(xué)性能測試裝置，屬于材料測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著熔鹽反應(yīng)堆技術(shù)、熔鹽集熱技術(shù)等的發(fā)展，熔鹽作為能量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移媒介，越來越受到重視。熔鹽環(huán)境下材料的性能變化亟待研究。為了了解熔鹽環(huán)境下材料的機(jī)械特性，往往需要在線測定高溫及熔鹽環(huán)境下材料的機(jī)械性能。

目前，已經(jīng)有許多研究人員研制了多種高低溫試驗(yàn)箱，能夠?qū)崿F(xiàn)高低溫環(huán)境力學(xué)測定，然而高溫熔鹽環(huán)境下的力學(xué)性能測試裝置罕有報(bào)道?，F(xiàn)有的熔鹽環(huán)境力學(xué)性能測試技術(shù)需要兩個(gè)高溫罐體，中間需要加熱管道和高溫閥門。高溫閥門的價(jià)格比較昂貴，且壽命較短，同時(shí)降低了設(shè)備的可靠性；此外，由于高溫罐體體積較大，單次試驗(yàn)需要更多的熔鹽和加熱功率，如果設(shè)備出問題，熔鹽容易堵在高溫罐體中，維修十分困難。因此現(xiàn)有的設(shè)計(jì)不僅復(fù)雜、成本高昂，而且可操作性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種熔鹽環(huán)境力學(xué)性能測試裝置，與力學(xué)試驗(yàn)機(jī)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)高溫熔鹽環(huán)境下各類材料力學(xué)性能的準(zhǔn)確測試，同時(shí)還具有成本較低、使用方便、安全可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

本發(fā)明熔鹽環(huán)境力學(xué)性能測試裝置，包括高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱、上壓頭連桿、下壓頭連桿以及測試模塊；上壓頭連桿、下壓頭連桿分別貫穿高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱的頂部、底部并分別與高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱的頂部、底部動(dòng)密封連接；所述測試模塊包括上壓頭、下壓頭、熔鹽儲(chǔ)罐、儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)；上壓頭、下壓頭分別與上壓頭連桿下端和下壓頭連桿上端固定連接；上壓頭的下端中部設(shè)置有一凸出部，圍繞該凸出部設(shè)置有一圈豎直擋板；下壓頭的上端中部形成有一階梯狀凹腔，階梯狀凹腔的底部中間設(shè)置有與上壓頭的凸出部相對應(yīng)的墊塊，階梯狀凹腔的底部邊緣設(shè)置有熔鹽回流凹槽，下壓頭的上端圍繞所述階梯狀凹腔設(shè)置有一圈恰好可容納所述上壓頭的豎直擋板的插槽，該插槽的底部與階梯狀凹腔之間設(shè)置有可使熔鹽從插槽中流入階梯狀凹腔的連通孔道；所述熔鹽儲(chǔ)罐為一密閉容器，固定于下壓頭下方，熔鹽儲(chǔ)罐與熔鹽回流凹槽之間通過熔鹽導(dǎo)流管連通，所述熔鹽導(dǎo)流管的一端與熔鹽儲(chǔ)罐密封連接，熔鹽導(dǎo)流管的另一端經(jīng)由設(shè)置于下壓頭中上部的通孔進(jìn)入階梯狀凹腔后插入熔鹽回流凹槽的底部；所述儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)用于控制熔鹽儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力，其設(shè)置于高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱外部，通過金屬管與熔鹽儲(chǔ)罐密封連接。

為了防止測試后樣品碎片落入熔鹽回流凹槽，從而堵塞熔鹽導(dǎo)流管，作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案，在所述熔鹽回流凹槽上覆蓋有濾網(wǎng)。

優(yōu)選地，上壓頭連桿、下壓頭連桿分別與高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱的頂部、底部通過波紋管動(dòng)密封連接。

優(yōu)選地，上壓頭、下壓頭分別通過螺紋連接方式與上壓頭連桿下端和下壓頭連桿上端固定連接。

優(yōu)選地，熔鹽儲(chǔ)罐可拆卸地固定于下壓頭下方。

優(yōu)選地，該裝置中與熔鹽直接接觸的部件的材質(zhì)均為耐熔鹽腐蝕的高溫鎳基合金。

根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到以下技術(shù)方案

一種熔鹽環(huán)境材料力學(xué)性能測試系統(tǒng)，包括力學(xué)試驗(yàn)機(jī)及以上任一技術(shù)方案所述熔鹽環(huán)境材料力學(xué)性能測試裝置。

一種熔鹽環(huán)境材料力學(xué)性能測試方法，利用上述熔鹽環(huán)境材料力學(xué)性能測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟：

步驟1、將上壓頭連桿的上端與力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的上壓頭固定連接，將下壓頭連桿的下端與力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的下壓頭固定連接，并在熔鹽儲(chǔ)罐中裝入固態(tài)熔鹽，將待測樣品放在墊塊上；

步驟2、將高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)調(diào)整至所需的氣氛和溫度；

步驟3、通過儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)增大熔鹽儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力，使得熔鹽儲(chǔ)罐中的熔鹽經(jīng)由熔鹽導(dǎo)流管流入階梯狀凹腔；

步驟4、恒溫一段時(shí)間后，控制力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對待測樣品進(jìn)行材料力學(xué)性能測試；

步驟5、完成測試后，通過儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)減小熔鹽儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力，使得階梯狀凹腔中的熔鹽經(jīng)由熔鹽導(dǎo)流管流回熔鹽儲(chǔ)罐中。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過對熔鹽儲(chǔ)罐的壓力控制來實(shí)現(xiàn)熔鹽的導(dǎo)入和導(dǎo)出，樣品放置和測試后樣品取出過程中，階梯狀凹腔內(nèi)沒有熔鹽，方便樣品放樣和樣品取出，提高了試驗(yàn)的可操作性；利用下壓頭的階梯狀凹腔提供樣品熔鹽環(huán)境，所需體積較少，較少的熔鹽即可試驗(yàn)；熔鹽導(dǎo)流管在高溫腔中，不需要額外加熱，且熔鹽導(dǎo)流管中不需要閥門，提高了設(shè)備的可靠性，降低了設(shè)備的成本；熔鹽儲(chǔ)罐在高溫腔內(nèi)，且與測試腔密封，可通過兩套氣路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樣品保護(hù)，熔鹽轉(zhuǎn)移，不需要額外加熱，操作簡單方便；上壓頭包含一個(gè)豎直擋板部分，下壓頭包含一個(gè)相適配的插槽，可防止測試過程中，材料破碎后將熔鹽飛濺，污染測試腔，腐蝕加熱配件，同時(shí)可以阻礙熔鹽的揮發(fā)；在插槽的底部與階梯狀凹腔之間設(shè)置有可使熔鹽從插槽中流入階梯狀凹腔的連通孔道，可防止飛濺熔鹽的溢出，以及熔鹽冷卻后堵塞插槽，并減少熔鹽的損失和擴(kuò)散，提高設(shè)備的穩(wěn)定性；階梯狀凹腔下部包含熔鹽回流凹槽，熔鹽導(dǎo)流管插在熔鹽回流凹槽里面，且進(jìn)一步在熔鹽回流凹槽上部設(shè)置用于碎片過濾的濾網(wǎng)，可防止材料碎片堵塞管道，同時(shí)熔鹽可全部排盡，可減少熔鹽的損失和擴(kuò)散，同時(shí)提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明熔鹽環(huán)境材料力學(xué)性能測試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為測試模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)含義如下：

1、波紋管，2、力學(xué)試驗(yàn)機(jī)架，3、高溫腔外壁，4、保溫層，5、上壓頭連桿，6、加熱電阻，7、測試模塊，8、下壓頭連桿，700、下壓頭，701、真空系統(tǒng)，702、加壓系統(tǒng)，703、閥門，704、熔鹽儲(chǔ)罐，705、墊塊，706、樣品，707、階梯狀凹腔，708、上壓頭，709、凸出部， 710、豎直檔板，711、插槽，712、熔鹽排泄孔，713、階梯平臺(tái)，714、濾網(wǎng)，715、熔鹽回流凹槽，716、熔鹽導(dǎo)流管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：

圖1顯示了本發(fā)明熔鹽環(huán)境材料力學(xué)性能測試系統(tǒng)一個(gè)具體實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，本發(fā)明熔鹽環(huán)境力學(xué)性能測試裝置安裝于力學(xué)試驗(yàn)機(jī)架2之中，該裝置包括高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱（包括由內(nèi)到外的高溫腔外壁3、保溫層4、加熱電阻6，其余的溫度控制和氣氛控制系統(tǒng)等圖中未示出）、上壓頭連桿5、下壓頭連桿8以及測試模塊7；上壓頭連桿5、下壓頭連桿8分別貫穿高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱的頂部、底部并分別與高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱的頂部、底部動(dòng)密封連接，本實(shí)施例中采用波紋管1進(jìn)行動(dòng)密封連接。

如圖2所示，測試模塊包括上壓頭708、下壓頭700、熔鹽儲(chǔ)罐704及儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)；上壓頭708、下壓頭700分別與上壓頭連桿5下端和下壓頭連桿8上端固定連接。上壓頭708的下端中部設(shè)置有一凸出部709，圍繞該凸出部709設(shè)置有一圈豎直擋板710，用于防止測試過程中熔鹽飛濺，污染測試腔。如圖2所示，下壓頭700的上端中部形成有一階梯狀凹腔707，階梯狀凹腔707的底部中間設(shè)置有與上壓頭708的凸出部709相對應(yīng)的墊塊705，階梯狀凹腔707的底部邊緣設(shè)置有熔鹽回流凹槽715，下壓頭700的上端圍繞階梯狀凹腔707設(shè)置有一圈恰好可容納豎直擋板710的插槽711，豎直擋板710與插槽711相互配合，可使得測試腔在測試過程中基本處于密閉狀態(tài)，從而防止熔鹽濺出。插槽711的底部與階梯狀凹腔707之間設(shè)置有可使熔鹽從插槽711中流入階梯狀凹腔707的熔鹽排泄孔712，熔鹽排泄孔712的方向可以設(shè)置為水平或者從插槽711開始斜向下，數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)，其作用是使得少量濺入插槽711的熔鹽迅速流回至階梯狀凹腔707中，從而防止飛濺熔鹽的溢出以及熔鹽冷卻后堵塞插槽，并減少熔鹽的損失和擴(kuò)散，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。所述熔鹽儲(chǔ)罐704為一密閉容器，固定于下壓頭700下方，熔鹽儲(chǔ)罐704與熔鹽回流凹槽715之間通過熔鹽導(dǎo)流管716連通；如圖2所示，所述熔鹽導(dǎo)流管716的一端與熔鹽儲(chǔ)罐704密封連接，熔鹽導(dǎo)流管716的另一端經(jīng)由設(shè)置于下壓頭700中上部的通孔（本實(shí)施例中該通孔位于階梯平臺(tái)713處）進(jìn)入階梯狀凹腔707后插入熔鹽回流凹槽715的底部；為了防止測試后樣品碎片落入熔鹽回流凹槽715，從而堵塞熔鹽導(dǎo)流管716，在所述熔鹽回流凹槽715上覆蓋有濾網(wǎng)714。

所述儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)用于控制熔鹽儲(chǔ)罐704內(nèi)部的壓力，其設(shè)置于高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱外部，通過金屬管與熔鹽儲(chǔ)罐704密封連接。如圖2所示，本實(shí)施例中的儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)701和加壓系統(tǒng)702以及各自的控制閥門703。

上述測試裝置中各部件可采用耐高溫的高溫合金，其中的上、下壓頭優(yōu)選采用高溫硬質(zhì)合金，如鎢鉬合金，以滿足高溫下測試對壓頭變形和穩(wěn)定性的要求；考慮到高溫熔鹽的腐蝕性，其中與熔鹽直接接觸的部件（例如熔鹽儲(chǔ)罐、熔鹽導(dǎo)流管、濾網(wǎng)等）的材質(zhì)優(yōu)選采用耐熔鹽腐蝕的高溫鎳基合金，例如美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Hastelloy N合金或我國科研單位開發(fā)的GH3535合金，這樣即可實(shí)現(xiàn)最高1600℃溫度下的熔鹽環(huán)境材料力學(xué)性能測試。

為了便于熔鹽和樣品的裝填，本實(shí)施例中的熔鹽儲(chǔ)罐通過掛鉤的方式可拆卸地固定于下壓頭下方，例如可在熔鹽儲(chǔ)罐外表面和下壓頭下端分別安裝掛鉤組件，或者在熔鹽儲(chǔ)罐外表面和下壓頭連桿上分別安裝掛鉤組件，這樣就可方便地固定和取下熔鹽儲(chǔ)罐。

優(yōu)選地，上壓頭、下壓頭分別通過螺紋連接方式與上壓頭連桿下端和下壓頭連桿上端固定連接。

利用本發(fā)明測試系統(tǒng)測試時(shí)的流程具體如下：

步驟1、將上壓頭連桿5的上端與力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的上壓頭固定連接，將下壓頭連桿8的下端與力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的下壓頭固定連接，并在熔鹽儲(chǔ)罐704中裝入固態(tài)熔鹽，將待測樣品706放在墊塊705上；

步驟2、將高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)調(diào)整至所需的氣氛和溫度；對高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱進(jìn)行抽真空、通惰性氣體處理，并將爐溫升高到熔鹽熔點(diǎn)以上的測試溫度，此時(shí)，熔鹽儲(chǔ)罐704中的固態(tài)熔鹽會(huì)融化為液態(tài)；

步驟3、通過儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)中的加壓系統(tǒng)702增大熔鹽儲(chǔ)罐704內(nèi)部的壓力，在壓力差的作用下，熔鹽儲(chǔ)罐704中的熔鹽經(jīng)由熔鹽導(dǎo)流管716流入階梯狀凹腔707；這樣，樣品706即處于所需的熔鹽環(huán)境下；

步驟4、恒溫一段時(shí)間后，控制力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對待測樣品706進(jìn)行材料力學(xué)性能測試；利用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)是本領(lǐng)域常用技術(shù)手段，此處不再贅述；在測試過程中，豎直擋板710與插槽711相互配合，可使得測試腔在測試過程中基本處于密閉狀態(tài)，從而防止熔鹽濺出；即使有少量熔鹽濺入插槽711，也會(huì)通過熔鹽排泄孔712迅速流回至階梯狀凹腔707中；

步驟5、完成測試后，通過儲(chǔ)罐壓力系統(tǒng)中的真空系統(tǒng)701減小熔鹽儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力，同樣在壓力差的作用下，階梯狀凹腔707中的熔鹽經(jīng)由熔鹽導(dǎo)流管716流回熔鹽儲(chǔ)罐704中；由于熔鹽回流凹槽715上覆蓋有濾網(wǎng)714，因此測試過程中產(chǎn)生的樣品碎片、碎屑等會(huì)被濾網(wǎng)714擋住，不會(huì)進(jìn)入熔鹽導(dǎo)流管716從而造成堵塞。

待所有熔鹽回流至熔鹽儲(chǔ)罐后，即可停止抽真空，并將爐溫緩慢降到室溫后，打開高溫真空環(huán)境試驗(yàn)箱，將測試后樣品取出，進(jìn)行下一輪測試

本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高溫熔鹽環(huán)境下各類材料（例如炭材料、復(fù)合材料、陶瓷、金屬等）力學(xué)性能的準(zhǔn)確測試，同時(shí)還具有成本較低、使用方便、安全可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，對于熔鹽反應(yīng)堆技術(shù)、熔鹽集熱技術(shù)等具有積極意義。