Способ дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 25/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ г с

I О 6 (21) 4907020) 25 (22) 04.02.91 (46) 07.02.93, Бюл. М 5 (71) Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (72) В.Л.Миков, Б.В.Марасин, B.В,Рубан и

Л.Н,Давиденко (73) В.Л.Миков (56) 1. Ремизова А,А. и др. Объемный дилатометр. Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов в широком диапазоне температур. Краткие тез.докл. Первое Всесоюзн. совещание. Л.:

ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, 1973, с.111-114.

2. Лукина 3.Ю. и др. Методы дилатометрического исследования углеродных материалов при температурах от — 196 до 3000 С в сб. Конструкционные материалы на основе углерода. 1976, М 11, M. Металлургия, 1976, с.166 — 175, Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам дилатометрических испытаний анизотропных композиционных неметаллических материалов с целью определения объемных тепловых деформаций этих материалов.

Известен спбсоб 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(11.

Недостаток способа заключается в том, что дилатометрическая жидкость проникает в пористый образец из композиционного материала, что снижает достовврность дилатометрических испытаний. Кроме того, .. Ж, 1794249 А3 (54) СПОСОБ ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ. АНИЗОТРОПНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) 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. верхний и нижний пределы изменения температуры образца ограничены рабочей температурой дилатометрической жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ дилатометрических испытаний аниэотропных композиционных материалов, заключающийся в том, что из используемого материала вырезают несколько образцов в виде стержней с метками, каждый из которых вырезав в направлении, совпадающем с одной из осей анизотрвпии 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).

1794249. Недостаток способа заключается в невозможности получения истинных значений изменения объема материала при его нагреве, поскольку последовательное определение тепловых деформаций на образцах, вырезанных в направлении каждой из осей анизотропии материала, не дает взаимно коррелируемых результатов. Эта 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 объемным 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 дилатаметрических 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 аниэотоопии материала, образец изготавливают с метками, расположенными попарно вдоль каждой оси аниэотропии материала, одновременно измеряют линейные, тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль осей анизотропии материала и по полученным результатам рассчитывают объемную теттловую деформацию материала.

При таком способе дилатометрических испытаний аниэотропмых композиционных материалов осуществляется одновременное иэмерейие знакопеременных тепловых деформаций по различным осям амизотропии материала. например по основе — интенсивное расширение, а по утку — усадка и иаоборот. При этом в полной мере учитываются механические и теплофизические свойства матерйалэ, включая внутренние напряжения, как первоначальные, так и возникающие в процессе нагрева, а также тот факт, что для анизотропии композиционных материалов при определении обьемного теплового деформирования неприменим и принцип суммирования а =Х ai, где ai

1 — линейное тепловое деформирование, полученное при отдельных испытаниях вдоль каждой оси анизотропии известны1О ми способами.

На чертеже изображена структурная схема дилатометра, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ дилатометрических испытаний анизотроп15 ных композиционных материалов, например углерод-углеродных, имеющих три взаимно ортогональные оси аниэотропии.

Дилатометр состоит из высокотемпературной печи 1, бесконтактного измерителя 2

2О размеров образца по трем взаимно ортогональным направлениям, совпадающим с осями анизотропии материала испытуемого образца, системы 3 нагрева и измерения температуры образца, системы 4 продувки

25 печи 1 инертным газом, системы 5 вакуумирования 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 установле3О 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

4р корпуса с торцовыми крышками, токовводов, горизонтально расположенного графитового нагревателя и тепловых графитовых экранов. Для измерения тепловых деформаций по трем взаимно ортогональным координа4 там печь снабжена шестью иллюминаторами; попарно .расположенными в трех взаимне ортогональных направлениях, которые обеспечивают свободный доступ для измерения тепловых деформаций образца по

5О меткам бесконтактным измерителем 2, а также температуры образца пирометром, входящим в состав системы 3 изменения температуры образца.

Способ дилатометрических испытаний

55 анизотропных композиционных материалов реализуют следующим образом.

Из испытуемого Материала изтотовляют образец, например. в виде куба таким образом, чтобы его каждая пара противоположных граией была перпендикулярна одной иэ осей анизотропии материала. Направление осей аниэотропии выбирают исходя иэ 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 вакуумируют печь 1 с помощью системы 5 вакуумирования.

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. Увеличивают температуру нагревателя до заданной величины. В процессе испытаний одновременно регистрируют температуру образца и линейные тепловые деформации по трем

5 взаимно ортогональным направлениям, совпадающим с осями анизотропии материала. С помощью ЭВМ рассчитывают изменение объема образца от температуры и определяют объемные тепловые деформа10 ции анизотропного композиционного материала.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом повышает достоверность дилатометрических испытаний

15 композиционных материалов за счет одновременного измерения на одном образце линейных тепловых деформаций по меткам, расположенным попарно вдоль всех осей анизотропии материала.

Ф о р мул а изобретения

Способ дилатометрических испытаний анизотропных композиционных материалов, заключающийся в том, что из испытуемого материала изготавливают образец с метками, расположенными вдоль оси анизотропий материала, помещают образец в испытательную камеру дилатометра и при изменении температуры в камере измеряют по меткам линейную тепловую деформацию образца вдоль оси анизотропии материала, 25 отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности испытаний анизотропных композиционных материалов, образец изготавливают с метками, располо-, 30 женными попарно вдоль каждой оси анизотропии материала, одновременно измеряют линейные тепловые деформации образца по каждой паре меток вдоль всех осей аниэотропии материала и по полученным результа35 там рассчитывают объемную тепловую деформацию материала.