一種基于鹵素?zé)艄簿劢辜訜峒夹g(shù)的梯度熱沖擊試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種基于鹵素?zé)艄簿劢辜訜峒夹g(shù)的梯度熱沖擊試驗(yàn)裝置，尤其適用于薄膜基底系統(tǒng)的熱失配性能評價(jià)，較傳統(tǒng)的燃?xì)鉄釠_擊試驗(yàn)裝置或熱循環(huán)試驗(yàn)裝置具有經(jīng)濟(jì)、安全、清潔、安靜和高效的優(yōu)點(diǎn)，屬于力學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域特殊服役環(huán)境下的模擬裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]在過去的幾十年中，薄膜基底系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域發(fā)展中的主題之一，固態(tài)薄膜已成功應(yīng)用于電子、信息、航天航天、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域的多種工程系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了多種功能。例如集成電路中的薄膜器件、柔性微機(jī)電系統(tǒng)中的薄膜傳感器、高溫?zé)岫瞬考砻娴母魺嵬繉右约澳Σ聊p零件表面的耐磨涂層。然而，薄膜基底系統(tǒng)中薄膜材料與基底材料自身材料屬性的不匹配，往往會導(dǎo)致薄膜產(chǎn)生足夠大的內(nèi)應(yīng)力，造成薄膜的脫層、斷裂，甚至失效。對于以熱障涂層為代表的高溫隔熱涂層而言，熱失配引起的內(nèi)應(yīng)力是導(dǎo)致涂層系統(tǒng)剝離失效的主要原因之一，熱沖擊性能是評價(jià)高溫隔熱涂層服役性能的主要實(shí)驗(yàn)手段。
[0003]目前，高溫隔熱涂層熱沖擊性能大多通過燃?xì)鉄釠_擊試驗(yàn)裝置或者等溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)裝置完成。燃?xì)鉄釠_擊試驗(yàn)裝置的基本原理是利用高溫火焰噴槍產(chǎn)生高溫高速火焰直接加熱被測試樣，同時(shí)利用壓縮空氣對試樣的背面進(jìn)行冷卻，保持一段時(shí)間后停止加熱，繼續(xù)利用壓縮空氣使被測試樣降至常溫，完成一次熱沖擊，然后以此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)溫度梯度環(huán)境下的熱沖擊測試。然而，以熱障涂層為例，在燃?xì)饧訜?250°C、保溫5min、壓縮空氣強(qiáng)制冷卻至常溫以及表面剝離15%認(rèn)定為失效的情況下，其熱沖擊壽命往往可達(dá)8000次以上，一次完整的實(shí)驗(yàn)往往需要耗費(fèi)數(shù)月，這對實(shí)驗(yàn)操作的可行性及可重復(fù)性帶來了巨大困難?？傮w來說，傳統(tǒng)的熱沖擊性能評價(jià)方式存在以下5個方面的問題:
[0004]1、燃料的需求量非常大，成本居高不下；
[0005]2、以氫-氧焰或氧-乙炔焰為主的燃?xì)饧訜岱绞酱嬖诰薮蟮陌踩[患；
[0006]3、燃?xì)饧訜岱绞揭桩a(chǎn)生有害的污染性氣體，且噪音污染嚴(yán)重；
[0007]4、耗時(shí)太長，效率低下；
[0008]5、損傷狀態(tài)觀測需要人工長時(shí)間實(shí)時(shí)跟蹤，不便于操作。
[0009]等溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)是不同于燃?xì)鉄釠_擊試驗(yàn)的另一種熱沖擊性能評價(jià)手段，它的原理是將被測試樣直接放入等溫的高溫環(huán)境中，保溫一段時(shí)間，然后快速取出，以壓縮空氣進(jìn)行吹氣冷卻或投入水中進(jìn)行水淬冷卻。較之于燃?xì)鉄釠_擊試驗(yàn)裝置，等溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)裝置不存在燃料需求大、安全隱患和噪音污染，在采取水淬冷卻的情況下，其效率也大大提高。但是，工作于真實(shí)服役環(huán)境下的高溫隔熱涂層，由于涂層自身的隔熱作用和氣膜冷卻作用，其外表面溫度往往可達(dá)1200°C-1700°C，而涂層與基底接觸的內(nèi)表面溫度只有800-900°C。這導(dǎo)致300-500μπι的隔熱涂層內(nèi)部沿厚度方向產(chǎn)生了300-900 °C的溫度梯度，最新的研究表明，溫度梯度對高溫隔熱涂層的服役性能有著至關(guān)重要的影響。然而，等溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)裝置并不能實(shí)現(xiàn)考慮溫度梯度的熱沖擊測試。
[0010]目前還未見到研制成功既能克服燃?xì)鉄釠_擊試驗(yàn)裝置的諸多缺點(diǎn)又能實(shí)現(xiàn)溫度梯度下的熱沖擊測試的試驗(yàn)裝置。綜上所述，開發(fā)一套經(jīng)濟(jì)、安全、清潔、安靜和高效的梯度熱沖擊試驗(yàn)裝置裝置十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0011 ]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于鹵素?zé)艄簿劢辜訜峒夹g(shù)的梯度熱沖擊試驗(yàn)裝置。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0013]—種基于鹵素?zé)艄簿劢辜訜峒夹g(shù)的梯度熱沖擊試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)裝置基座、可滑動旋轉(zhuǎn)夾持系統(tǒng)、鹵素?zé)艄簿劢辜訜嵯到y(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)以及集成控制系統(tǒng);其中，
[0014]可滑動旋轉(zhuǎn)夾持系統(tǒng)、鹵素?zé)艄簿劢辜訜嵯到y(tǒng)、測溫系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)以及集成控制系統(tǒng)均安裝在不銹鋼試驗(yàn)裝置基座上；
[0015]可滑動旋轉(zhuǎn)夾持系統(tǒng)包括移動滑塊導(dǎo)軌、設(shè)置在移動滑塊導(dǎo)軌上的滑塊連接軸、固定在滑塊連接軸上且能夠隨其移動的移動滑塊、設(shè)置在移動滑塊上的小型電機(jī)以及通過水平設(shè)置的金屬轉(zhuǎn)軸與小型電機(jī)的輸出軸相連的陶瓷夾持盤，陶瓷夾持盤用來夾持試樣；
[0016]鹵素?zé)艄簿劢辜訜嵯到y(tǒng)用來對夾持在陶瓷夾持盤上的試樣進(jìn)行加熱；
[0017]冷卻系統(tǒng)用來對夾持在陶瓷夾持盤上的試樣背部進(jìn)行冷卻；
[0018]測溫系統(tǒng)用來對夾持在陶瓷夾持盤上的試樣正面和背面進(jìn)行測溫，并將測溫結(jié)果傳輸給集成控制器；
[0019]數(shù)字圖像采集系統(tǒng)用來對夾持在陶瓷夾持盤上的試樣表面損傷信息的捕捉，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸給集成控制器的存儲器中。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，不銹鋼試驗(yàn)裝置基座采用不銹鋼金屬架制成。
[0021]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，鹵素?zé)艄簿劢辜訜嵯到y(tǒng)包括配套使用的鹵素?zé)艉桶济娣瓷溏R，且鹵素?zé)粼O(shè)置在凹面反射鏡的一個焦點(diǎn)上，鹵素?zé)舭l(fā)出的光束通過凹面反射作用匯聚到另一個焦點(diǎn)上。
[0022]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷卻系統(tǒng)包括冷卻水栗、冷卻水箱、空氣壓縮機(jī)、高溫合金噴嘴、冷卻水管/氣管、分流水管/氣管、水管以及氣管;其中，當(dāng)采用水冷模式時(shí)，冷卻水栗將冷卻水箱中的冷卻水通過水管及冷卻水管/氣管輸送到分流水管/氣管，并最終送到高溫合金噴嘴處，實(shí)現(xiàn)對被測試樣的背部冷卻，當(dāng)采用氣冷模式時(shí)，將冷卻水管/氣管與空氣壓縮機(jī)上的氣管相連接。
[0023]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷卻系統(tǒng)還包括環(huán)形支架，溫合金噴嘴共有4個，對應(yīng)著4個被測試樣的背部，通過環(huán)形支架相連接，并固定在移動滑塊上，與小型電機(jī)、陶瓷夾持盤及試樣共同運(yùn)動。
[0024]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，測溫系統(tǒng)包括雙色紅外測溫儀以及紅外線透過窗口，雙色紅外測溫儀共有4個，各有2個通過紅外線透過窗口分別實(shí)現(xiàn)被測試樣前面和背面的測溫O
[0025]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，數(shù)字圖像采集系統(tǒng)為高分辨率高速相機(jī)，共有2個，分別設(shè)置在試樣的前面和背面。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果:
[0027]1、采用電控鹵素?zé)艄簿劢辜訜岱绞降墓牡?，較之于傳統(tǒng)使用燃?xì)饧訜岬姆绞酱蟠蠊?jié)約了實(shí)驗(yàn)成本；
[0028]2、電控加熱方式安全性高，杜絕了以氫-氧焰或氧-乙炔焰為主的傳統(tǒng)燃?xì)饧訜岱绞降陌踩[患；
[0029]3、鹵素?zé)艄簿劢辜訜岱绞綄儆谶h(yuǎn)程非接觸式加熱，其原理是將電能輸入轉(zhuǎn)換為紅外線放射的高效率熱源，因此具有安靜、清潔的優(yōu)點(diǎn)；
[0030]4、基于鹵素?zé)艏訜岬臒釠_擊試驗(yàn)裝置無需頻繁更換燃料，可按加熱需求設(shè)定程序，自動控制，大大提尚了效率；
[0031]5、同時(shí)集成了壓縮空氣冷卻和循環(huán)水冷卻兩種降溫冷卻方式，提供了更多的實(shí)驗(yàn)選擇。
[0032]6、根據(jù)被測試樣前后面(加熱面與冷卻面)的溫差自動感知失效與否，并自動記錄熱沖擊次數(shù)；
[0033]7、自動利用高速相機(jī)定期采集被測試樣表面形貌信息，間隔周期可人工設(shè)定。
[0034]綜上所述，本發(fā)明利用鹵素?zé)艄簿劢辜訜峒夹g(shù)，取代傳統(tǒng)的高溫火焰加熱方法，對被測試樣進(jìn)行遠(yuǎn)程非接觸式加熱，克服了傳統(tǒng)燃?xì)鉄釠_擊實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行成本高、噪音污染大、安全性低以及傳統(tǒng)等溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)裝置無法實(shí)現(xiàn)梯度熱沖擊的缺點(diǎn)。同時(shí)，還可