超高温极端环境力学测试系统

单位名称

中国建材检验认证集团股份有限公司

联系人

王艳萍

联系邮箱

wangyanping@ctc.ac.cn

成果成熟度

□正在研发   √已有样机   □通过小试   □通过中试   √可以量产

合作方式

□技术转让    □技术入股    □合作开发    √其他

成果简介：

该测试系统采用双室结构，可满足感应室与石墨室工作需求。石墨炉体采用石墨发热体加热，使环境温度升高;感应炉采用感应线圈加热，短时间内达到高温。设备可以完成陶瓷、复合材料的超高温力学性能测试，可以在超高温真空、氧化、气氛保护环境下完成陶瓷、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料等高温材料的超高温力学性能测试，最高温度可达2200℃。

主要技术指标：

温度范围：常温~2200℃，极限温度2500℃

加热模块：石墨炉加热、电磁感应加热

真空环境：极限真空度≤6.6x10-4Pa

氧分压环境：0.001-20000Pa

载荷范围：5kN/20kN

测试参数：拉伸、压缩、剪切、断裂韧性

适用材料：超高温陶瓷、陶瓷基复合材料、C/C复合材料、高温合金、高温耐火材料等

技术特点：

1、该测试系统解决了温下陶瓷与其他固体材料粘接的界面拉伸和剪切强度测试的国际难题，发明了十字交叉法测试技术。该技术经国际标准组织精细陶瓷标委会(ISO/TC 206)17国的投票，制订为两项国际标准(ISO 13124和ISO 17095)并发布实施;

2、解决了管状或环状等异形陶瓷部件的弹性模量和强度测试难题，发明了缺口环法测试技术及装置。该技术2011年被ISO/TC 206立项为国际标准(ISO 18558已经发布并实施)

3、解决了陶瓷涂层弹性模量和强度无法直接测试的技术瓶颈，发明了陶瓷涂层力学性能相对法评价技术。运用等效刚度的概念，通过可测得的参数获得无法直接测得的陶瓷涂层的模量和强度。该技术不仅填补测试技术的空白，还可应用于其他材料，具有普适性;

4、发明了局部受热同步加载法，并开发了模块化组合式超高温力学试验系统，解决了陶瓷材料在1500℃以上超高温氧化环境下强度和韧性等关键力学参数测试的国际难题;

5、提出了能量耗散率概念，发明了痕迹法测试技术，获得了固体材料的弹性模量、硬度和能量耗散率之间的非线性解析关系，实现了弹性恢复和脆性性能的预测。开发的声发射监控球压法实现了陶瓷等脆性材料局部强度的非破坏评价。

应用前景：

可适用于超高温氧化耦合极端环境下，航天、航空飞行器的外围材料，如发动机和喷火管等处材料的安全性性能评价和设计至关重要，不仅解决了超高温氧化偶合极端环境下材料的安全性能评价，而且突破了材料检测的世界性技术难题，可广泛应用于陶瓷和玻璃等脆性材料的质量检测和性能评价，在无机材料力学性能评价领域实现了跨越式发展。专家鉴定认为成果达到了国际领先水平，填补了国内外的空白。

知识产权及项目获奖情况：

专利：

1、脉冲激励相对法测试单层或多层复合涂层的弹性模量的方法，申请号：201410038225.6

2、一种测试涂层热膨胀系数的方法，申请号：201410688181.1

3、一种测试涂层密度的测试方法，201410690059.8

4、高温及超高温环境下弹性模量测试装置和测试方法，201410737819.6

5、高温及超高温环境下弹性模量测试装置，201420760972.6

6、一种评价圆环或圆管脆性材料弹性模量和强度的方法，ZL201010544550.1

7、一种陶瓷材料高温界面粘接强度测试装置，ZL201220192556.1

8、局部受热加载测试材料在超高温氧化环境下力学性能的检测方法及装置，ZL201010244891.7

获奖：

1、2015年，ISO17095: 2013精细陶瓷(高性能陶瓷，高技术陶瓷)-陶瓷材料高温界面粘接强度测试方法获中国建筑材料联合会建材行业标准创新一等奖;

2、2014年，一种评价圆环或圆管状脆性材料弹性模量和强度的方法，中国专利奖优秀奖;

3、2014年，结构陶瓷典型应用条件下力学性能测试与评价关键技术及应用，国家科技进步二等奖;

4、2014年，陶瓷与复合材料力学性能评价新技术及在特殊环境下的应用，中国建筑材料联合会·中国硅酸盐学会建筑材料科技进步一等奖 ;

5、2014年，建材行业自主创新型测试技术国际标准化与国际标准研制，中国建筑材料集团有限公司科技进步一等奖;

6、2013年;ISO 13124: 2011 精细陶瓷(高性能陶瓷，高技术陶瓷)-陶瓷材料界面粘接强度试验方法，中国标准化创新贡献奖二等奖。

标准:

1、ISO 18558：2015，陶瓷管材或环材弹性模量和强度试验方法

2、JC/T 2172-2013，精细陶瓷弹性模量、剪切模量和泊松比试验方法脉冲激励法

3、GB/T 31541-2015，精细陶瓷界面拉伸和剪切粘结强度试验方法—十字交叉法

4、ISO/TC 206 DIS   19603，陶瓷厚涂层弹性模量和强度试验方法

5、ISO/TC 206 DIS   20343，陶瓷厚涂层高温弹性模量试验方法

6、GB XXXX-XXXX 超高温氧化环境下纤维复合材料拉伸强度试验方法