Способ дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N25/16 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам дилатометрических испытаний анизотропных, композиционных неметаллических материалов с целью определения объемных тепловых деформаций этих материалов.

Известен способ объемной дилатометрии, заключающийся в том, что испытуемый образец материала помещают в дилатометрическую камеру с дилатометрической жидкостью и при повышении температуры жидкости в камере измеряют изменение объема образца и его температуру 1.

Недостаток способа заключается в том, что дилатометрическая жидкость проникает в пористый образец из композиционного материала, что снижает достоверность дилатометрических испытаний. Кроме того,

верхний и нижний пределы изменения температуры образца ограничены рабочей температурой дилатометрической жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов, заключающийся в том, что из используемого материала вырезают несколько образцов в виде стержней с метками, каждый из которых вырезан в направлении, совпадающем с одной из осей анизотропии материала. Последовательно каждый образец помещают в испытательную камеру дилатометра и при изменении температуры в камере измеряют тепловые деформации образца по направлению, совпадающему с одной из осей анизотропии материала 2.

Ч

О

&

ю

СА

Недостаток способа заключается в невозможности получения истинных значений изменения объема материала при его нагре- ве, поскольку последовательное определение тепловых деформаций на образцах, вырезанных в направлении каждой из осей анизотропии материала, не Дает взаимно коррелируемых результатов. Это происходит из-за того, что при вырезке нескольких образцов искажаются прочности связи по поверхностям раздела фаз и поля остаточных термических напряжений. Кроме того, поскольку образцы вырезают из разных участков материала, они характеризуются различными объёмным содержанием компонентов, микро- и макродефектами. При этом анизотропия композиционного материала приводит к тому, что при нагреве одновременно происходит, например, интенсивное расширение образца (по основе) и усадка (по утку). Это снижает достоверность определения объемных тепловых деформаций при дилатометрических испытаниях анизотропных композиционных материалов.

Цель изобретения - повышение достоверности дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов.

Цель достигается тем, что по способу дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов, заключающемуся в том, что из испытуемого материала изготавливают образцы с метками, расположенными вдоль оси анизотропии материала, помещают образец в испытательную камеру дилатометра и при изменении температуры в камере измеряют по меткам линейную тепловую деформацию образца вдоль оси анизотропии материала, образец изготавливают с метками, расположенными попарно вдоль каждой оси анизотропии материала, одновременно измеряют линейные. тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль осей анизотропии материала и по полученным результатам рассчитывают объемную тепловую деформацию материала.

При таком способе дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов осуществляется одновременное измерение знакопеременных тепловых деформаций по различным осям анизотропии материала, например по основе - интенсивное расширение, а по утку -усадка и наоборот. При этом в полной мере учитываются механические и теплофизические свойства материала, включая внутренние напряжения, как первоначальные, так и возникающие в процессе нагрева, а также

тот факт, что для анизотропии композиционных материалов при определении объемного теплового деформирования неприменим

п

принцип суммирования av 2 а , где а

- линейное тепловое деформирование, полученное при отдельных испытаниях вдоль каждой оси анизотропии известными способами.

На чертеже изображена структурная схема дилатометра, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ дилатометрических испытаний анизотропнЫх композиционных материалов, напри- мер углерод-углеродных, имеющих три взаимно ортогональные оси анизотропии.

Дилатометр состоит из высокотемпературной печи 1, бесконтактного измерителя 2

размеров образца по трем взаимно ортогональным направлениям, совпадающим с осями анизотропии материала испытуемого образца, системы 3 нагрева и измерения температуры образца, системы 4 продувки

печи 1 инертным газом, системы 5 вакууми- рования печи 1 и системы 6 охлаждения деталей и узлов печи 1. Осветители 7 и 8 образца, оптико-электронные каналы 9,10 и 11 измерения размеров образца установле-:

ны вне печи 1. Результат измерения размеров образца по каждой координате отображается на индикаторах 12, 13 и 14 и через модуль 15 сопряжения поступает на ЭВМ (на чертеже не показана).

Метками являются, например, отверстия вблизи торцов образца, расположенные попарно вдоль каждой оси анизотропии материала.

Высокотемпературная печь 1 состоит из

корпуса с торцовыми крышками, токовводов, горизонтально расположенного графитового нагревателя и тепловых графитовых экранов. Для измерения тепловых деформаций потрем взаимно ортогональным координатам печь снабжена шестью иллюминаторами- попарно расположенными в трех взаимно ортогональных направлениях, которые обеспечивают свободный доступ для измерения тепловых деформаций образца по

меткам бесконтактным измерителем 2, а также температуры образца пирометром, Входящим в состав системы 3 изменения температуры образца.

Способ дилатометрических испытаний

анизотропных композиционных материалов реализуют следующим образом.

Из испытуемого Материала изготовляют образец, например, в виде куба таким образом, чтобы его каждая пара противоположных граней была перпендикулярна одной

из осей анизотропии материала. Направление осей анизотропии выбирают исходя из структуры материала и технологии его изготовления. Вблизи граней изготавливают попарно отверстия вдоль каждой оси анизотропии материала. Во внутренней полости нагревателя на подложке размещают образец. Подают инертный газ от системы 4 продувки печи 1 инертным газом или вакуу- мируют печь 1 с помощью системы 5 вакуу- мирования.

С помощью бесконтактного измерителя 2 измеряют первоначальные размеры образца по меткам вдоль трех взаимно ортогональных направлений, совпадающих с осями анизотропии материала, и с помощью ЭВМ рассчитывают объем образца. Включают систему 3 нагрева и подают напряжение на нагреватель печи 1. Увеличи0

5

0

вают температуру нагревателя до заданной величины. В процессе испытаний одновременно регистрируют температуру образца и линейные тепловые деформации по трем взаимно ортогональным направлениям, совпадающим с осями анизотропии материала. С помощью ЭВМ рассчитывают изменение объема образца от температуры и определяют объемные тепловые деформации анизотропного композиционного материала.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом повышает достоверность дилатометрических испытаний композиционных материалов за счет одновременного измерения на одном образце линейных тепловых деформаций по меткам, расположенным попарно вдоль всех осей анизотропии материала.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам дилатометрических испытаний. Сущность способа: образец изготавливают с метками, расположенными попарно вдоль каждой оси анизотропии материала. Помещают образец в испытательную камеру дилатометра. Одновременно измеряют линейные тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль всех осей анизотропии материала при изменении температуры в камере. По полученным результатам рассчитывают объемную тепловую деформацию анизотропного композиционного материала. 1 ил. Ё

.Ф ормул а изобретения Способ дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов, заключающийся в том, что из испытуемого материала изготавливают образец с метками, расположенными вдоль оси анизотропии материала, помещают образец в испытательную камеру дилатометра и при изменении температуры в камере измеряют по меткам линейную тепловую деформацию образца вдоль оси анизотропии материала,

Р4

отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности испытаний анизотропных композиционных материалов, образец изготавливают с метками, расположенными попарно вдоль каждой оси анизотропии материала, одновременно измеряют линейные тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль всех осей анизотропии материала и по полученным результатам рассчитывают объемную тепловую деформацию материала.

&CJ