Установка для дилатометрических испытаний разлагающихся материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N25/16 

СО

с

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения коэффициента линейного термического расширения разлагающихся материалов. Цель изобрете- н ия - повышение экономичности и достоверности испытаний. Установка содержит высокотемпературную печь с нагревателем, внутри которого размещен исследуемый образец, микроскоп для измерения перемещения образца, пирометр и устройство для подачи инертного газа в полорть нагревателя, которое выполнено в виде полых цилиндрических вставок, установленных внутри . нагревателя у его торцов. Оси выходных отверстий устройств для подачи инертного газа пересекаются в точке на оси нагревателя вне зоны размещения исследуемого образца. 3 ил.

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР) разлагающихся материалов.

Цель изобретения - повышение экономичности и достоверности испытаний.

Выполнение устройства для подачи инертного газа в печь в виде полых цилиндрических вставрк, размещенных внутри нагревателя у его торцов, позволяет предварительно нагреть инертный газ до температуры образца, а расположение выходных отверстий вставок таким образом, что их оси пересекаются в точке на оси нагревателя, позволяет организовать эффективное удаление продуктов разложения из исследуемого материала.

Благодаря предлагаемому направлению сквозных выходных отверстий (их оси пересекаются на оси нагревателя перед зоной испытаний) удается получить наибольший унос продуктов деструкции с поверхности образца, пересечение (смешение) потоков, которое приводит к выравниванию температуры потоков газов, а следовательно, и выравниванию температуры образца. Кроме того, осуществление продувки внутренней полости нагревателя с двух сторон препятствует движению продуктов деструкции в направлении осевых иллюминаторов, что исключает их запыление в процессе наблюдения за образцом.

На фиг.1 схематически показана предлагаемая установка; на фиг.2 - вьГходная

О

ел ю

00

ю

втулка устройства подачи инертного газа; на фиг.З - то же, вид спереди.

Установка (фиг.1) содержит высокотемпературную печь 1 с цилиндрическим горизонтально расположенным графитовым нагревателем 2, соединенным с источником 3 питания гибкими токоподводами 4 и 5, закрепленными клемовыми зажимами 6 и 7 на держателях 8 и 9 нагревателя 2. Внутренняя полость нагревателя 2 предназначена для размещения в ней образца 10. Установка снабжена средством подачи инертного газа, включающим баллон с инертным газом (аргоном), редуктор давления газа (не показан) и трубопроводы 11 и 12 для подсоединения к печи 1.

Во внутренней полости нагревателя 2 у его торцов размещены устройства 13, 14 подачи инертного газа, выполненные в виде полых цилиндрических вставок 15, внутри которых последовательно размещены входная втулка 16, кольца 17 и выходная втулка 18. Кольца 17 образуют ряд камер 19 подогрева инертного газа, соединенных между собой сквозными отверстиями.

Направляющие отверстия колец 17 ориентированы в направлении стенки нагревателя 2 (по направлению движения потока

инертного газа), а угол а наклона их осей к оси нагревателя 2 составляет 35°. Каждая выходная втулка 16 подсоединена к соответствующему трубопроводу 11 или 12 подачи газа. Выходная втулка 18 снабжена выходными отверстиями 20 (фиг.2 и 3), ориентированными так, чтобы газ поступал во внутреннюю полость нагревателя 2 в зону испытаний. Отверстие 21 в выходной втулке 18 служит для крепления последнего на вставке 15, Оси выходных отверстий 20 пересекаются в одной точке, расположенной на оси нагревателя 2 перед зоной испытаний между оптическими осями попарно расположенных иллюминаторов 22 и 23 и соответствующими выходными втулками 18. Угол а (фиг.2) наклона осей выходных отверстий 21 к оси нагревателя 2 равен 30° и выбран экспериментально с учетом размеров конструкции нагревателя 2 и типоразмера образца 10. Давление газа в устройствах 13 и 14 подбирали экспериментально, определяя визуально отсутствие продуктов деструкции на метках (или кромках) 24 и 25 образца 10. Избыточное давление Р при этом составляет 40,..90 Па.

Каждое устройство 13 и 14 размещено в нагревателе 2 с возможностью смещения

вдоль нагревателя 2. Кроме того, каждая выходная втулка 18 размещена на вставке 15 с возможностью смещения вдоль оси нагревателя 2. Это необходимо для задания требуемого направления газового потока во внутренней полости нагревателя 2 в зависимости от типоразмера испытуемого образца

процессе испытаний. Печь 1 снабжена теплозащитными экранами 28 и 29 для защиты корпуса печи 1 и иллюминаторов 22 и 23 от осаждения на них продуктов деструкции. Система измерения параметров испытаний

включает в себя оптический пирометр 30 для измерения температуры образца 10 через осевые иллюминаторы 31, горизонтальный микроскоп 32 и блок 33 подсветки измерительных меток 24 и 25. закрепленных

по краям образца 10.

Установка работает следующим образом.

Во внутренней полости нагревателя 2 (фиг.1) размещают образец 10. Путем перемещения устройств 13 и 14 вдоль оси нагревателя 2, а также перемещения выходных втулок 18 по вставке 15 выбирают оптимальный режим обдува образца 10. Затем с помощью источника 3 питания подают

напряжение на нагреватель 2 и включают средство подачи газа (аргона) во внутреннюю полость нагревателя 2. Повышая величину проходящего тока через нагреватель 2. увеличивают его температуру до заданной

величины, составляющей 2700...3000°С. В процессе испытаний измеряют температуру образца 10 оптическим пирометром 30 и изменение размеров образца 10 горизонтальным микроскопом 32. Благодаря предверительному нагреву газа в камерах 19 подогрева газа и обдуву образца 10 удается практически полностью удалить продукты деструкции образца из зоны испытаний и снизить градиент температур по всем поверхностям исследуемого образца, а за счет выходных втулок 18 сконцентрировать газовый поток на измерительных метках 24 и 25 образца 10. Это обеспечивает сохранение постоянной контрастности меток 24 и 25

при наблюдении и измерении тепловых деформаций образца 10 горизонтальным микроскопом 32.

Пример. Испытанию на предлагаемой установке подвергали образцы 10 с поперечными размерами 10x10 мм и длиной 50 и 100 мм, изготовленные из углеметаллопяа- стиков. Скорость нагрева образцов задавали а диапазоне 0,5 - 10 град/с в температурном диапазоне испытаний 20 3000°С. Измерения температуры поверхностей образца 10 по его длине и периметру производили с помощью термопзр (не показаны}, закрепленных в характерных точках образца 10. При дилатометрических испы- таниях до температуры 1300°С использовали платинр-родий-платиновую термопару типа ПП, а до температуры 3000°С - оптический пирометр типа ЛОП-72.

Использование изобретения позволяет, с одной стороны, повысить экономичность испытаний, т.е. устройства подачи инертного газа служат одновременно и устройством для подогрева инертного газа до температуры испытаний, а с другой стороны.повысить достоверность испытаний за счет эффективного удаления продуктов деструкции иссле- дуемых образцов из зоны испытаний, равномерности -нагрева и сохранения постоянной контрастности меток, по переме- щению которых судят о К/1ТР.

1729 1518 272

152242722

Фиг. 7

Формула изобретения Установка для дилатометрических испытаний разлагающихся материалов, содержащая высокотемпературную печь с цилиндрическим графитовым нагревателем, внутренняя полость которого предназначена для размещения исследуемого образца, устройство подачи инертного газа в печь, соединенное со средствами подачи газа и полостью нагревателя, микроскоп и пирометр, отличающаяся тем. что, с целью повышения экономичности и достоверности испытаний, в ней устройства подачи инертного газа выполнены в виде полых цилиндрических вставок, размещенных внутри нагревателя у его торцов, в оси выходных отверстий, соединяющих устройство подачи инертного газа с полостью нагревателя, пересекаются в точке на оси нагревателя вне зоны размещения исследуемого образца.

23

71815 К 28

f I / / Г

/

16

V

2725 10 19

23

X

Вид А

Фиь.З

20

Фиг. 2