一种固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法专利检索-高温合金合金合金类专利检索查询-专利查询网

一种固体材料的强 电场高温压缩实验装置及方法

阅读：592发布：2022-08-19

专利汇可以提供一种固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种固体材料的强电场高温压缩实验装置，包括用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；用于使试样或试件(2)处于均匀稳定强电场中的施加电场装置；用于保证试样或试件处于给定温度的加热及温度控制系统；用于实现试样或试件在0.02～100mm/min 变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统；本发明可对强电场环境下材料高温压缩变形特性进行测试及以此为基础进行相关材料成形加工技术开发研究，对高温压缩塑性变形全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示。该整套装置功能齐全、测试精度高、安全可靠、使用方便。，下面是一种固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种固体材料的强电场高温压缩实验装置，包括用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；用于使试样或试件(2)处于均匀稳定强电场中的施加电场装置；用于保证试样或试件处于给定温度的加热及温度控制系统；用于实现试样或试件在0.02～100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统，其特征在于：所述用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统包括自耦调压器，升压变压器，高压硅堆，耐高压电容，电压表，电流表，正高压、负高压、交流、脉冲电压输出端、接地端及过流保护模块，所述高压硅堆是复数个耐压值为1500V或1500V以上的二极管串联组成，串接成的高压硅堆总耐压值不低于15kV；自耦调压器原边接220V交流电，副边接升压变压器原边；升压变压器副边的一端接接地端，另一端直接输出为交流高压，或经正向高压硅堆整流输出为正直流高压，或经反向高压硅堆整流输出为负直流高压，或通过正向高压硅堆整流输出端与接地端之间并联的放电小球间隙放电输出脉冲高压；两个耐高压电容分别与两个高压硅堆并联起滤波作用；主回路串联毫安电流表，可实时监测负载系统中可能出现的漏电电流；所采用的过流保护措施可以确保使用过程中人和仪器的安全；其中高压硅堆由16个耐压值为5000V的二极管串联组成，其反向耐压值为80kV，正向最大电流200mA，滤波电容为2.2μF，高压电源可以提供0至10kV的正直流高压、负直流高压、交流高压和脉冲高压共同构成所述用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；所述用于使试样或试件(2)处于均匀稳定强电场中的施加电场装置，所述电极引线为耐热金属丝，电极引线从加热炉(5)底部接入，并用耐高温、耐高电压的石英管绝缘，在环状电极(6)和内电极(9)上焊接耐热钢接线柱，用螺钉或等同固定件将电极引线分别连接在环状电极(6)和内电极(9)上，所述内电极(9)用镍基高温合金K3制成；两个陶瓷垫块(10)用氮化硅陶瓷制成，分别置于内电极(9)与下压头(8)之间和试样或试件(2)与上压头(3)之间共同构成所述用于使试样或试件(2)处于均匀稳定强电场中的施加电场装置；所述用于保证试样或试件(2)处于给定温度的加热及温度控制系统由电源、加热炉(5)和温度控制仪表(4)构成；将所述温度控制仪表(4)的热电偶的工作端置于加热炉(5)内，可以对试样或试件(2)的周围环境温度进行监测和控制，电源采用220V交流电；加热炉(5)采用圆筒状结构，将试样或试件(2)置于其内，工作温度范围为室温至1000℃；也可采用其它加热形式；该系统主要为试验提供温度条件，包括加热炉(5)、热电偶和温度控制仪表(4)，安装在试验机上。所述加热炉(5)采用220V交流电供电共同构成所述用于保证试样或试件(2)处于给定温度的加热及温度控制系统；所述用于实现试样或试件在0.02～100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统包含万能材料试验机(1)，位移、载荷检测仪表和数据处理用的计算机，所述数据采集系统可以对高温压缩塑性变形全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示，所述系统可以实现0.02～100mm/min变形速度下加载并能自动检测压缩变形全过程构成所述用于实现试样或试件在0.02～100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统。
2.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的高压电源系统包括高压电源(7)，耐高电压导线，放电棒；所述的高压电源(7)的整流电路为是高压硅堆半波整流或高压硅堆全波整流；所述的高压电源(7)包括自耦调压器，升压变压器，高压硅堆，耐高压电容，电压表，电流表，正高压、负高压、交流、脉冲电压输出端、接地端和过流保护模块；自耦调压器原边接220V交流电，副边接升压变压器原边；升压变压器副边的一端接接地端，另一端直接输出为交流高压，或经正向高压硅堆整流输出为正直流高压，或经反向高压硅堆整流输出为负直流高压，或通过正向高压硅堆整流输出端与接地端之间并联的放电小球间隙放电输出脉冲高压；两个耐高压电容分别与两个高压硅堆并联起滤波作用。
3.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的脉冲电压输出端与正高压输出端共用一个输出端；所述的放电棒由耐高电压的大电阻和导线组成，使用时一端接高压电源(7)的接地端，另一端与电极引线接触放电或使所述的脉冲电压输出端输出的脉冲高压是通过调整连接在正高压输出端与接地端之间的两个放电小球的间隙，使放电小球按一定频率放电，从而在正高压输出端，也就是在脉冲电压输出端，输出脉冲高电压，或所述的放电小球接在正高压输出端与接地端之间或接在负高压输出端与接地端之间或同时在正高压输出端与接地端之间和负高压输出端与接地端之间接放电小球；所述的施加电场装置包括环状电极(6)，由耐高温高强度合金制成的内电极(9)，绝缘用的陶瓷柱(11)、陶瓷垫块(10)和陶瓷套管，由耐热金属丝制成的电极引线。
4.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的高压电源(7)和所述的施加电场装置，高压电源(7)的输出端与加电场装置的环状电极(6)和内电极(9)的连接为在两个电极之间产生不同类型的电场，也可根据实验需求采取区别于所述的连接方式，本发明中列出了十二种连接方式，如环状电极(6)接负高压输出端，内电极(9)接正高压输出端。
5.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的环状电极(6)用耐热不锈钢制成；所述的内电极(9)用耐高温高强度合金制成，或镍基合金K3制成；所述的陶瓷柱(11)用耐高电压的非导电陶瓷制成，材料为石英玻璃或氧化铝陶瓷；所述的陶瓷垫块(10)用高强度绝缘陶瓷制成，如用抗冲击能力强且抗热震性好的氮化硅陶瓷制成，用氮化硅陶瓷制成的绝缘垫块(10)比用氧化铝陶瓷等制成的具有更高的高温强度、更好的高温电绝缘性、更高的抗冲击和抗热震性。
6.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的陶瓷套管用石英玻璃或氧化铝陶瓷制成，石英玻璃致密度高、高温绝缘性好，优先选用石英玻璃管，在实验温度和电场强度较低时可以选用氧化铝陶瓷管；所述的电极引线用耐热金属制成，如用镍铬镍硅(镍铝)热电偶丝、铂铑合金丝等制成；所述的环状电极(6)与内电极、热电偶，以及上压头(3)和下压头(8)之间的最小距离均不小于3mm。
7.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的环状电极(6)的内径与试样或试件(2)的直径的比值在2～10范围内，如此在实验过程中试样或试件表面处的电场强度均匀、变化小，试样或试件(2)表面电场强度范围为0～30kV/cm，所述的陶瓷柱(11)，一端与环状电极(6)连接，另一端放置在试验机下压头(8)上，支撑环状电极(6)，使环状电极(6)与上压头(3)、下压头(8)之间绝缘；所述的内电极(9)置于试样或试件(2)下面；所述的陶瓷垫块(10)位于内电极(9)下面和试样或试件(2)上面。
所述的试样或试件(2)、内电极(9)、陶瓷垫块(10)置于试验机上压头(3)与下压头(8)之间。
8.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的电极引线(两根)一端分别与环状电极(6)、内电极(9)连接，另一端引出加热炉(5)外分别与两根耐高电压导线相连，耐高电压导线的另一端分别接高压电源(7)的两个不同的输出端。通过改变高压电源(7)的输出端与环状电极(6)和内电极(9)的不同连接方式，可以提供12种不同类型的电压输出；所述的陶瓷套管套在电极引线外，陶瓷套管穿过加热炉(5)的底板，使电极引线与加热炉(5)、试验机之间绝缘；所述的施加电场装置置于加热炉(5)内。
9.如权利要求1所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，其特征在于：所述的加热及温度控制系统包括加热炉(5)、热电偶和温度控制仪表(4)，安装在试验机上，所述的热电偶，其工作端套一个一端封闭的石英管，这可以避免热电偶工作端与电极之间发生尖端放电；热电偶穿过加热炉底时外面套石英玻璃管或氧化铝陶瓷管，使其与试验机、加热炉(5)之间绝缘；按此，可以保证热电偶准确测温，所述的加载及数据采集系统包括万能材料试验机(1)，位移、载荷检测仪表和数据处理用的计算机。
10.根据任一权利要求所述的固体材料的强电场高温压缩实验方法，其特征在于：所述固体材料的强电场高温压缩实验方法包含如下步骤：
a、将高压电源(7)、施加电场装置、加热及温度控制系统按上述装置安装说明要求安装好，并与万能材料试验机(1)连接好；
b、将试样或试件(2)放在内电极(9)上，位于环状电极(6)的轴线上；
c、将试验机下压头(8)升起，加热炉(5)闭合；
d、将高压电源接入220V交流电；
e、调定需要的电场种类、极性、电压、试验机压头运动速度即试样或试件(2)的变形速度、加热炉(5)内温度；
f、按预先设定程序进行试样或试件(2)在电场作用下的压缩变形；
g、试验结束后，及时用放电棒放掉环状电极(6)、内电极(9)、高压电源空置输出端的静电；
h、将试验机下压头(8)降低，加热炉(5)打开，取出试样或试件(2)。
所述的一种强电场高温压缩实验方法中，步骤b、c、d、e、f、g、h的次序，在保证用电安全的前提下，可以根据实验设定的操作程序改变；
试样或试件(2)压缩变形过程中的变形量“位移”和相应的载荷通过检测仪表检测，传到计算机，与时间变化同步记录；检测到的变形量“位移”、载荷信号可根据需要进行滤波、转换、计算处理。

说明书全文

一种固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种固体材料实验装置，属于材料性能测试技术领域，尤其是涉及一种适用于固体材料在强电场作用下的高温压缩塑性变形测试研究及应用的固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法。背景技术：

[0002] 材料高温压缩塑性是材料的重要性能；在电场作用下，材料的高温塑性大多能得到改善，甚至呈现超塑性，从而拓宽材料成形加工的应用范围，展现出很好的应用前景。

[0003] 经过对国内外相关文献检索表明，人们对于材料塑性及电塑性的了解主要依据材料拉伸试验结果，而对材料的高温压缩变形行为，尤其是在电场作用下的高温压缩变形行为文献报导甚少或基本不涉及。材料的电塑性与外加电场类型“包括电场强度、种类和极性等”相关。现有电场作用下材料的高温塑性变形行为研究大多在商用电源供电的实验装置上进行，相关的专用研究设备也未见报导。电场作用下材料的高温拉伸试验一般采用方形截面试样和平行板状电极，当然这类试验施加电场装置易于实现。如吴诗惇等采用平行板电极、电场强度0～2kV/cm的横向电场对LY12CZ 铝合金进行了超塑拉伸试验研究“吴诗惇，著.金属超塑性变形理论.国防工业出版社，1997年，257页”；电场作用下材料的高温压缩试验一般采用圆形截面试样和环状电极，此类实验装置的技术关键是高压电源和高温下绝缘良好的结构设计和选材。在“《焊接学报》2004年第03期；CN 23-1178/TG”傅莉等采用环状电极研究了LY12CZ合金棒状或管状试样的摩擦焊接，但此装置仅在室温下使用；Di Yang和H Conrad采用不锈钢环状电极、氧化铝陶瓷绝缘材料进行了TiAl棒状试样在电场强度0～2kV/cm、600℃下的压缩变形研究，该实验装置为目前强电场作用下加热温度最高的压缩实验装置。但该实验装置存在诸多不足，主要表现在：工作温度未超过600℃，不能满足更高温度下材料压缩变形测试的需要；环状电极尺寸大、电场强度相对较低且均匀性不高；高压电源品种单一，不能开展强电场下外加电场强度、种类、极性等更多影响高温塑性因素的全面研究；在强电场高温压缩变形过程中，该类装置用的材料绝缘性能不足，以及因材料结构匹配不好导致的漏电、爬电、尖端放电等问题还比较突出。同时，目前该类装置中常用的绝缘材料氧化铝陶瓷的抗冲击、抗热疲劳性能较低。

[0004] 综上所述，强电场高温压缩实验装置的开发是高温材料电塑性实验和以此为基础的材料成形加工技术开发应用亟待解决地关键问题。发明内容：

[0005] 为了克服现有技术在强电场高温压缩实验装置工作温度不高、电场强度低且不均匀、供电电源种类极性组配单一、装置绝缘性能较低、抗冲击及抗热疲劳性能低等缺陷；本发明公开了一种固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法，本发明所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法通过提供一种可提供多种高压电类型、工作温度“工作温度范围为室温～1000℃”和电场强度“场强范围为0～30kV/cm”范围宽，场强均匀、绝缘性能优良、应用范围广的压缩实验装置；通过所述装置可对电场作用下高温压缩塑性变形全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示；所述整套装置功能齐全、测试精度高、安全可靠、使用方便，适用于在强电场下材料高温压缩变形特性测试及相关材料成形加工实验和材料应用拓展研究。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 一种固体材料的强电场高温压缩实验装置，包括用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；用于使试样或试件处于均匀稳定强电场中的施加电场装置；用于保证试样或试件处于给定温度的加热及温度控制系统；用于实现试样或试件在0.02～100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统；所述用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统包括自耦调压器，升压变压器，高压硅堆，耐高压电容，电压表，电流表，正高压、负高压、交流、脉冲电压输出端、接地端及过流保护模块，所述高压硅堆是复数个耐压值为1500V或1500V以上的二极管串联组成，串接成的高压硅堆总耐压值不低于15kV；自耦调压器原边接220V交流电，副边接升压变压器原边；升压变压器副边的一端接接地端，另一端直接输出为交流高压，或经正向高压硅堆整流输出为正直流高压，或经反向高压硅堆整流输出为负直流高压，或通过正向高压硅堆整流输出端与接地端之间并联的放电小球间隙放电输出脉冲高压；两个耐高压电容分别与两个高压硅堆并联起滤波作用；主回路串联毫安电流表，可实时监测负载系统中可能出现的漏电电流；所采用的过流保护措施可以确保使用过程中人和仪器的安全；其中高压硅堆由复数耐压值为5000V的二极管串联组成，其反向耐压值为80kV，正向最大电流200mA，滤波电容为2.2μF，高压电源可以提供0至10kV的正直流高压、负直流高压、交流高压和脉冲高压共同构成所述用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；所述用于使试样或试件处于均匀稳定强电场中的施加电场装置，所述电极引线为耐热金属丝，电极引线从加热炉底部接入，并用耐高温、耐高电压的石英管绝缘，在环状电极和内电极上焊接耐热钢接线柱，用螺钉或等同固定件将电极引线分别连接在环状电极和内电极上，所述内电极用镍基高温合金K3制成；
两个陶瓷垫块用氮化硅陶瓷制成，分别置于内电极与下压头之间和试样或试件与上压头之间共同构成所述用于使试样或试件处于均匀稳定强电场中的施加电场装置；所述用于保证试样或试件处于给定温度的加热及温度控制系统由电源、加热炉和温度控制仪表构成；将所述温度控制仪表的热电偶的工作端置于加热炉内，可以对试样或试件的周围环境温度进行监测和控制，电源采用220V交流电；加热炉采用圆筒状结构，将试样或试件置于其内，工作温度范围为室温至1000℃；也可采用其它加热形式；该系统主要为试验提供温度条件，包括加热炉、热电偶和温度控制仪表，安装在试验机上。所述加热炉采用220V交流电供电共同构成所述用于保证试样或试件处于给定温度的加热及温度控制系统；所述用于实现试样或试件在0.02～100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统包含万能材料试验机，位移、载荷检测仪表和数据处理用的计算机，所述数据采集系统可以对高温压缩塑性变形全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示，所述系统可以实现0.02～100mm/min变形速度下加载并能自动检测压缩变形全过程构成所述用于实现试样或试件在0.02～100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统。

[0008] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的高压电源系统包括高压电源，耐高电压导线，放电棒；所述的高压电源的整流电路为是高压硅堆半波整流或高压硅堆全波整流；所述的高压电源包括自耦调压器，升压变压器，高压硅堆，耐高压电容，电压表，电流表，正高压、负高压、交流、脉冲电压输出端、接地端和过流保护模块；自耦调压器原边接220V交流电，副边接升压变压器原边；升压变压器副边的一端接接地端，另一端直接输出为交流高压，或经正向高压硅堆整流输出为正直流高压，或经反向高压硅堆整流输出为负直流高压，或通过正向高压硅堆整流输出端与接地端之间并联的放电小球间隙放电输出脉冲高压；两个耐高压电容分别与两个高压硅堆并联起滤波作用。

[0009] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的脉冲电压输出端与正高压输出端共用一个输出端；所述的放电棒由耐高电压的大电阻和导线组成，使用时一端接高压电源的接地端，另一端与电极引线接触放电或使所述的脉冲电压输出端输出的脉冲高压是通过调整连接在正高压输出端与接地端之间的两个放电小球的间隙，使放电小球按一定频率放电，从而在正高压输出端，也就是在脉冲电压输出端，输出脉冲高电压，或所述的放电小球接在正高压输出端与接地端之间或接在负高压输出端与接地端之间或同时在正高压输出端与接地端之间和负高压输出端与接地端之间接放电小球；所述的施加电场装置包括环状电极，由耐高温高强度合金制成的内电极，绝缘用的陶瓷柱、陶瓷垫块和陶瓷套管，由耐热金属丝制成的电极引线。

[0010] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的高压电源和所述的施加电场装置，高压电源的输出端与加电场装置的环状电极和内电极的连接为在两个电极之间产生不同类型的电场，也可根据实验需求采取区别于所述的连接方式，本发明中列出了12种连接方式，如环状电极接负高压输出端，内电极接正高压输出端。

[0011] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的环状电极用耐热不锈钢制成；所述的内电极用耐高温高强度合金制成，或镍基合金K3制成；所述的陶瓷柱用耐高电压的非导电陶瓷制成，材料为石英玻璃或氧化铝陶瓷；所述的陶瓷垫块用高强度绝缘陶瓷制成，如用抗冲击能力强且抗热震性好的氮化硅陶瓷制成，用氮化硅陶瓷制成的绝缘垫块比用氧化铝陶瓷等制成的具有更高的高温强度、更好的高温电绝缘性、更高的抗冲击和抗热震性。

[0012] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的陶瓷套管用石英玻璃或氧化铝陶瓷制成，石英玻璃致密度高、高温绝缘性好，优先选用石英玻璃管，在实验温度和电场强度较低时可以选用氧化铝陶瓷管；所述的电极引线用耐热金属制成，如用镍铬镍硅“镍铝”热电偶丝、铂铑合金丝等制成；所述的环状电极与内电极、热电偶，以及上压头和下压头之间的最小距离均不小于3mm。

[0013] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的环状电极的内径与试样或试件的直径的比值在2～10范围内，如此在实验过程中试样或试件表面处的电场强度均匀、变化小，试样或试件表面电场强度范围为0～30kV/cm，所述的陶瓷柱，一端与环状电极连接，另一端放置在试验机下压头上，支撑环状电极，使环状电极与上压头、下压头之间绝缘；所述的内电极置于试样或试件下面；所述的陶瓷垫块位于内电极下面和试样或试件上面。
所述的试样或试件、内电极、陶瓷垫块置于试验机上压头与下压头之间。

[0014] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的电极引线“两根”一端分别与环状电极、内电极连接，另一端引出加热炉外分别与两根耐高电压导线相连，耐高电压导线的另一端分别接高压电源的两个不同的输出端。通过改变高压电源的输出端与环状电极和内电极的不同连接方式，可以提供十二种不同类型的电压输出；所述的陶瓷套管套在电极引线外，陶瓷套管穿过加热炉的底板，使电极引线与加热炉、试验机之间绝缘；所述的施加电场装置置于加热炉内。

[0015] 所述的固体材料的强电场高温压缩实验装置，所述的加热及温度控制系统包括加热炉、热电偶和温度控制仪表，安装在试验机上，所述的热电偶，其工作端套一个一端封闭的石英管，这可以避免热电偶工作端与电极之间发生尖端放电；热电偶穿过加热炉底时外面套石英玻璃管或氧化铝陶瓷管，使其与试验机、加热炉之间绝缘；按此，可以保证热电偶准确测温，所述的加载及数据采集系统包括万能材料试验机，位移、载荷检测仪表和数据处理用的计算机。

[0016] 一种所述的固体材料的强电场高温压缩实验方法，包含如下步骤：

[0017] a、将高压电源、施加电场装置、加热及温度控制系统按上述装置安装说明要求安装好，并与万能材料试验机连接好；

[0018] b、将试样或试件放在内电极上，位于环状电极的轴线上；

[0019] c、将试验机下压头升起，加热炉闭合；

[0020] d、将高压电源接入220V交流电；

[0021] e、调定需要的电场种类、极性、电压、试验机压头运动速度即试样或试件的变形速度、加热炉内温度；

[0022] f、按预先设定程序进行试样或试件在电场作用下的压缩变形；

[0023] g、试验结束后，及时用放电棒放掉环状电极、内电极、高压电源空置输出端的静电；

[0024] h、将试验机下压头降低，加热炉打开，取出试样或试件。

[0025] 所述的一种强电场高温压缩实验方法中，步骤b、c、d、e、f、g、h的次序，在保证用电安全的前提下，可以根据实验设定的操作程序改变；

[0026] 试样或试件压缩变形过程中的变形量“位移”和相应的载荷通过检测仪表检测，传到计算机，与时间变化同步记录；检测到的变形量“位移”、载荷信号可根据需要进行滤波、转换、计算处理。

[0027] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

[0028] 综上所述，本发明所提供的强电场高温压缩实验装置及方法，克服了已有同类装置存在的工作温度不高、电场强度低且不均匀、供电电源类型单一、装置绝缘性能不佳以及抗冲击、抗热疲劳性能低等不足，可以满足高温工作温度范围为室温～1000℃、强电场场强范围为0～30kV/cm环境下材料压缩变形的测试及应用研究要求。该装置可对强电场高温压缩塑性变形全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示，适用于在强电场下材料高温压缩变形特性测试及相关材料成形加工实验及应用研究。附图说明：

[0029] 图1是本发明的装置整体结构示意图；

[0030] 图2是图1的施加电场装置结构示意图；

[0031] 图3是本发明的高压电源原理图；

[0032] 图4是本发明的加热及温度控制系统示意图；

[0033] 图5是本发明的加载及数据采集系统示意图；

[0034] 图6是本发明所述装置的可提供的电场类型及相应电压输出范围表。

[0035] 图中：1、试验机；2、试样或试件；3、上压头；4、温度控制仪表；5、加热炉；6、环状电极；7、高压电源；8、下压头；9、内电极；10、陶瓷垫块；11、陶瓷柱。具体实施方式：

[0036] 通过下面的实施例可以更加详细的解释本发明，本发明并不局限于下面实施例的组合方式；

[0037] 公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，包括等同替换的结构形式或材料形式；

[0038] 本发明所提供的强电场高温压缩实验装置主要由四部分构成：能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；用于使试样或试件2处于均匀稳定强电场中的施加电场装置；用于保证试样或试件处于给定温度的加热及温度控制系统；用于实现试样或试件在0.02～100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测压缩变形全过程的加载及数据采集系统。

[0039] 图1为强电场高温压缩实验装置的整体结构示意图。该装置包括能输出多种类型、电压稳定的高电压的高压电源系统；对试样或试件2进行加热及控制的温控系统；用于对试样或试件2加载、载荷和位移信号检测及数据处理的加载及数据采集系统；以及主要由环状电极6、绝缘材料等组成的能提供绝缘良好、场强均匀的施加电场装置。

[0040] 施加电场装置如图2所示。施加电场装置包括环状电极6，由耐高温高强度合金制成的内电极9，绝缘用的陶瓷柱11，陶瓷垫块10，绝缘陶瓷套管和电极引线。环状电极6用不锈钢制成，如用2520钢制成；内电极9用耐高温高强度合金，如用镍基合金K3制成；陶瓷柱11用耐高电压的非导电陶瓷制成，如用石英玻璃、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷制成；陶瓷垫块10用高强度绝缘陶瓷制成，如用氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷制成；绝缘陶瓷套管用绝缘陶瓷制成，如用氧化铝陶瓷管、石英玻璃管制成；电极引线用耐热金属制成，如用镍铬镍硅(镍铝)热电偶丝、铂铑合金丝等制成。陶瓷柱11一端与环状电极6连接，另一端放置在试验机下压头8上，支撑环状电极6。施加电场装置置于加热炉5内。电极引线引出加热炉5外与高压电源7相连，并通过陶瓷套管使电极引线与加热炉5以及试验机1绝缘。环状电极6的内径与试样或试件2的直径的比值在2～10范围内，试样或试件2表面电场强度范围为0～30kV/cm。所述氮化硅陶瓷垫块可从“深圳市海金精密陶瓷有限公司”、“合肥摩科新材料科技有限公司”等公司购买或定做；所述镍基高温合金K3可从“中国一航西安航空发动机(集团)有限公司”、“东莞市佳兴模具钢材公司”等公司购买原材料，自己加工或委托加工；所述石英玻璃、石英玻璃管可从“连云港中科石英制品有限公司”、江苏省“东海县硅宝石英制品有限公司”等公司购买或定制；所述氧化铝陶瓷可从“宜兴市联晟陶瓷科技有限公司”、“河南省巩义市颖辉高铝瓷厂”等购买或定做；所述镍铬镍硅“镍铝”热电偶丝可从“佛山市南海区神港自动化有限公司”、“沈阳仪表科学研究院”等购买或定做；所述铂铑合金丝可从“上海天器合金材料有限公司”、“沈阳仪表科学研究院”等购买或定做。

[0041] 高压电源原理图如图3所示。其包括自耦调压器，升压变压器，高压硅堆，耐高压电容，电压表，电流表，正高压、负高压、交流、脉冲电压输出端、接地端和过流保护模块。高压硅堆是复数个耐压值为1500V或1500V以上的二极管串联组成，串接成的高压硅堆总耐压值不低于15kV。自耦调压器原边接220V交流电，副边接升压变压器原边；升压变压器副边的一端接接地端，另一端直接输出为交流高压，或经正向高压硅堆整流输出为正直流高压，或经反向高压硅堆整流输出为负直流高压，或通过正向高压硅堆整流输出端与接地端之间并联的放电小球间隙放电输出脉冲高压；两个耐高压电容分别与两个高压硅堆并联起滤波作用；主回路串联毫安电流表，可实时监测负载系统中可能出现的漏电电流；采用的过流保护措施可以确保使用过程中人和仪器的安全。本实施例中，高压硅堆由16个耐压值为5000V的二极管串联组成，其反向耐压值为80kV，正向最大电流200mA，滤波电容为2.2μF，高压电源可以提供0至10kV的正直流高压、负直流高压、交流高压和脉冲高压。

[0042] 加热及温度控制系统如图4所示。加热及温度控制系统包括加热炉5、热电偶和温度控制仪表4，安装在试验机上。加热炉5采用220V交流电供电。

[0043] 加载及数据采集系统如图5所示。加载及数据采集系统包括万能材料试验机1，位移、载荷检测仪表和数据处理用的计算机。

[0044] 强电场高温压缩实验方法，具体如下：

[0045] a、将高压电源7、施加电场装置、加热及温度控制系统按上述装置安装说明要求安装好，并与万能材料试验机1连接好；

[0046] b、将试样或试件2放在内电极9上，位于环状电极6的轴线上；

[0047] c、将试验机下压头8升起，加热炉5闭合；

[0048] d、将高压电源接入220V交流电；

[0049] e、调定需要的电场种类、极性、电压、试验机压头运动速度即试样或试件2的变形速度、加热炉5内温度；

[0050] f、按预先设定程序进行试样或试件2在电场作用下的压缩变形；

[0051] g、试验结束后，及时用放电棒放掉环状电极6、内电极9、高压电源空置输出端的静电；

[0052] h、将试验机下压头8降低，加热炉5打开，取出试样或试件2。

[0053] 所述的一种强电场高温压缩实验方法中，步骤b、c、d、e、f、g、h的次序，在保证用电安全的前提下，可以根据实验设定的操作程序改变，如a、b、d、c、e、f、g次序。

[0054] 图1所示的装置整体结构示意图中，高压电源系统和施加电场装置包括高压电源7，电极引线，环状电极6，内电极9和陶瓷垫块10。高压电源7通过电极引线连接于环状电极6和内电极9，电极引线外套耐高温、耐高电压的绝缘陶瓷套管与加热炉5绝缘。陶瓷垫块10采用高纯度、致密氮化硅陶瓷等制成，具备良好的高温绝缘性能、抗热震性和抗冲击性能。

[0055] 图2为施加电场装置结构示意图，电极引线为耐热金属丝，如直径1.2mm的镍硅热电偶丝。电极引线从加热炉5底部接入，并用耐高温、耐高电压的石英管绝缘。在环状电极6和内电极9上焊接耐热钢接线柱，用螺钉将电极引线分别连接在环状电极6和内电极9上。内电极9用镍基高温合金K3制成。两个陶瓷垫块10用氮化硅陶瓷制成，分别置于内电极9与下压头8之间和试样或试件2与上压头3之间。

[0056] 图3为高压电源原理图。高压电源输入电压为220V交流电，通过自耦调压器和升压变压器调节输出电压，直接引出即为交流高压；由耐高压硅堆进行半波整流可得到正直流高压和负直流高压，高压硅堆并联大容量高压滤波电容，保证了输出直流电压稳定；通过调节放电球隙可输出不同占空比的正直流脉冲高压；主回路串联毫安电流表，可实时监测负载系统中可能出现的漏电电流一般不高于0.05mA。交流输出端、正高压输出端、负高压输出端、脉冲电压输出端分别与接地端一起使用，分别可输出0至10kV的交流、正直流、负直流和脉冲电压；正高压输出端和负高压输出端一起使用可输出0至20kV的正电位/负电位直流电压。

[0057] 图4为加热及温度控制系统示意图。加热及温度控制系统由电源、加热炉5和温度控制仪表4构成；将温度控制仪表4的热电偶的工作端置于加热炉5内，可以对试样或试件2的周围环境温度进行监测和控制，电源采用220V交流电。加热炉5采用圆筒状结构，将试样或试件2置于其内，工作温度范围为室温至1000℃；也可采用其它加热形式。该系统主要为试验提供温度条件。

[0058] 图5为加载及数据采集系统示意图。加载及数据采集系统由万能材料试验机(1)，位移、载荷检测仪表和数据处理用的计算机构成，可以对高温压缩塑性变形全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示，如试样压缩变形的应力-应变曲线，载荷-位移曲线等。该系统可以实现0.02～100mm/min变形速度下加载并能自动检测压缩变形全过程。

[0059] 图6为本装置可提供的部分电场类型及相应电压输出范围。当压缩实验需要施加不同类型的电场时，可选择环状电极6和内电极9分别与高压电源的7的不同输出端相连，图6中列出了十二种不同类型的电压输出；通过调节高压电源的输出电压可以满足压缩试验不同电场强度的需要。如环状电极6内径为45mm、试样或试件2直径为10mm，即二者之比为4.5，环状电极6接高压电源的接地端，内电极9接正高压输出端，电压为5kV，试样或试件(2)表面的电场强度为6.6kV/cm。

[0060] 综上所述，本发明所提供强电场高温压缩实验装置及方法，可以克服已有同类装置存在的工作温度不高、电场强度低且不均匀、供电电源种类极性组配单一、装置绝缘性能不佳，以及抗冲击、抗热疲劳性能低等不足，可以实现固体材料在强电场环境下高温压缩特性及相关材料成形加工实验及应用研究。

[0061] 如上所述，通过对附图的说明及相应的具体实施方式描述本发明。但应理解的是，其中在实施例中关于压缩试样或试件的尺寸、材料种类、元件部分的构形和相对布置的描述并不意味着将本发明限定在所公开的特定形式，本方案仅仅是以示例的方式公开，除非另有特别说明。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种镍基高温合金	2020-05-14	161
一种高温合金无缝钢管	2020-05-14	507
镍基高温合金	2020-05-12	656
一种高钛低铝高温合金热处理工艺	2020-05-11	340
一种高温合金制品加工的冷却装置	2020-05-11	723
一种高温合金立铣刀	2020-05-14	256
一种镍基高温合金真空自耗熔炼热封顶工艺	2020-05-11	44
高温合金电阻电热带或热电偶合金丝生产的储料导料结构	2020-05-13	922
高温合金变截面长轴类大锻件坯料的局部加热电炉	2020-05-13	444
一种清理高温合金钢锭模的专用设备	2020-05-11	320

一种固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法

一种固体材料的强电场高温压缩实验装置及方法

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：