專利名稱：一種用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫拉伸試驗(yàn)夾具，具體地說(shuō)涉及一種陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸試驗(yàn)夾具。
背景技術(shù)：
陶瓷基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫和低密度等優(yōu)點(diǎn)，且具有一定的韌性，是理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。在國(guó)防、能源、裝備制造以及汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于陶瓷基復(fù)合材料主要應(yīng)用于高溫環(huán)境，且承受載荷，因此其高溫力學(xué)性能測(cè)試顯得尤為重要，而拉伸試驗(yàn)是獲得材料力學(xué)性能最基本和最主要的手段。在陶瓷基復(fù)合材料的拉伸試驗(yàn)中，試驗(yàn)機(jī)通過(guò)夾具固定試件和施加載荷。如果夾具設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)使試件在夾持段破壞，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。因此夾具的選擇和設(shè)計(jì)是開(kāi)展陶瓷基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。由于陶瓷基復(fù)合材料是一種新型高溫結(jié)構(gòu)材料，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有形成相關(guān)的力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。目前對(duì)陶瓷基復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性能測(cè)試主要借鑒其他材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，夾具的類型有以下幾種
楔形夾具通過(guò)自鎖力將試件夾緊，通過(guò)裝夾表面的鋸齒產(chǎn)生的摩擦力傳遞載荷。為了避免將材料壓碎，需要在試件加持表面粘貼鋁片。這種方法最為簡(jiǎn)單和常用，但只適用于室溫下拉伸實(shí)驗(yàn)。陶瓷基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)通常在800°C以上，很難找到適用的粘接劑和墊片材料。此外，楔形夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，不僅要求加熱爐具有較大的爐膛控件，而且?jiàn)A具制作成本較高，因此未見(jiàn)采用此方法進(jìn)行陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸試驗(yàn)的公開(kāi)報(bào)道。銷釘型夾具需要在試件兩端開(kāi)孔，穿入銷釘，靠銷釘連接試件和試驗(yàn)機(jī)。這種方法的缺點(diǎn)是孔邊的應(yīng)力集中區(qū)會(huì)產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，試件很容易被破壞。如果為了減輕孔邊的應(yīng)力集中而把孔邊局部加厚，則試件加工困難，成本大大增加。燕尾型夾具是陶瓷基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)常用夾具，這種方式是靠試件兩端斜邊與燕尾形夾頭楔面間的支持力來(lái)夾持試件并傳遞拉力的。該夾具較廣泛應(yīng)用于陶瓷基復(fù)合材料的拉伸試驗(yàn)。它的缺點(diǎn)是在試件兩端夾持部位會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，在應(yīng)力集中區(qū)的剪應(yīng)力較大，很容易引起試件的破壞，而不能最終拉斷試件。因此該夾具通常只應(yīng)用于抗剪能力較高的層合或編織陶瓷基復(fù)合材料，而不能應(yīng)用于剪切強(qiáng)度較差的單向纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述的不足提供一種用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供了一種用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具，包括主夾頭，副夾頭；主夾頭的一端為圓柱端，另一端設(shè)有楔面，副夾頭成T形、截面成U形，副夾頭用于夾持試件；副夾頭的T形面開(kāi)有螺紋孔主夾頭的圓柱端與試驗(yàn)機(jī)連接、楔面端與副夾頭相連。
本發(fā)明所述的用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具，還包括套環(huán)，所述的套環(huán)布置在副夾頭的兩側(cè)。有益效果
本發(fā)明提供的用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具，試件受拉伸時(shí)，夾持端兩側(cè)受到主夾頭的拉力，夾持端的中部受到副夾頭的拉力。試件夾持端受力較為均勻，避免了試件受拉時(shí)夾持端首先破壞，大大提高拉伸試驗(yàn)的成功率。采用的試件為等厚的板狀試件，力口工方便，經(jīng)濟(jì)型好。主、副夾頭的材料選用高強(qiáng)度耐高溫材料。該夾具還可適用于其他剪切強(qiáng)度較差的高溫材料拉伸試驗(yàn)。


圖1是本發(fā)明的主夾頭的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明主夾頭的圓柱端結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明主夾頭的楔面結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明的副夾頭結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明副夾頭的截面示意 圖6是本發(fā)明套環(huán)結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明試件結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
如圖所示一種用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具，包括主夾頭，副夾頭；主夾頭的一端為圓柱端，另一端設(shè)有楔面，副夾頭成T形，截面成U形；副夾頭的T形面開(kāi)有螺紋孔；主夾頭的圓柱端與試驗(yàn)機(jī)連接，楔面端與副夾頭相連；套環(huán)布置在副夾頭的兩側(cè)。采用主副夾頭同時(shí)夾持試件的形式。試件為板狀,兩端加工成燕尾型。主夾頭一端為完整圓柱段，另一端加工有一個(gè)燕尾形榫槽。副夾頭正面為T形，側(cè)面為U形，并在一側(cè)開(kāi)有螺紋通孔。拉伸時(shí)，試件和副夾頭直接與主夾頭連接。主夾頭的完整圓柱端與試驗(yàn)機(jī)自帶的夾頭連接，固定在試驗(yàn)機(jī)上。試件和副夾頭在與主夾頭連接時(shí)，試件伸到副夾頭U形槽內(nèi)部，利用它們夾持端的楔面與主夾頭榫槽的楔面接觸產(chǎn)生的支持力來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞拉力。試件與副夾頭的連接通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)向副夾頭的螺紋孔中擰入螺栓并將試件壓緊在副夾頭U形槽的另一側(cè)。拉伸時(shí)，試件與副夾頭、螺栓的接觸面將產(chǎn)生較大的摩擦力，實(shí)現(xiàn)試件與副夾頭的連接并傳遞拉力。為避免螺栓抵緊試件使副夾頭產(chǎn)生過(guò)大變形，在副夾頭兩側(cè)套上套環(huán)。在陶瓷基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)中，試件形狀如圖7所示。從圖7可以看出，試件為啞鈴狀，包括兩個(gè)燕尾型夾持段、兩個(gè)過(guò)渡段和中間測(cè)試段。測(cè)試段、過(guò)渡段和加持段之間均通過(guò)圓弧過(guò)渡。以單向碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料為例，測(cè)試材料的高溫(800°C )下的拉伸強(qiáng)度。試驗(yàn)機(jī)為MTS809，由美國(guó)MTS公司生產(chǎn)。試驗(yàn)時(shí)安裝夾具和試件的步驟為
(I)用試驗(yàn)機(jī)自帶夾頭夾持王夾頭的完整圓柱段，將王夾頭固定在試驗(yàn)機(jī)上。(2)將試件的夾持端伸到副夾頭U形槽內(nèi)部，將它們的夾持端安放在主夾頭的燕尾槽里。(3)向副夾頭的螺紋孔中擰入螺栓，將試件壓緊在副夾頭U形槽另一側(cè)。(4)控制試驗(yàn)機(jī)升降，使夾具和試件固定。所有零件選用的材料是高溫高強(qiáng)度材料，可以是高溫合金，也可以是高強(qiáng)度陶瓷(或陶瓷基復(fù)合材料)，從而使夾具能進(jìn)行高溫下拉伸試驗(yàn)。圖4-5中的副夾頭，U形槽內(nèi)部與試件接觸的一側(cè)加工有滾花紋，防止拉伸時(shí)試件與副夾頭間打滑。U形槽兩側(cè)不等厚，與試件接觸的一側(cè)的厚度比另一側(cè)少3_。這是因?yàn)槔鞎r(shí)試件會(huì)緊貼與其接觸一側(cè)，相當(dāng)于使這一側(cè)厚度變大，故U形槽兩側(cè)不等厚可使主夾頭拉伸時(shí)受力對(duì)稱。圖6中套環(huán)上的方形孔比副夾頭U形槽兩側(cè)安裝套環(huán)處的尺寸大，是為了安裝套環(huán)時(shí)更方便容易。經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明的拉伸夾具可以很好的應(yīng)用于高溫環(huán)境800°C的拉伸力學(xué)測(cè)量，在室溫和高溫環(huán)境下能夠可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測(cè)量陶瓷基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂延伸率和應(yīng)力應(yīng)變曲線。夾具沒(méi)有對(duì)試件的夾持段造成損傷，并且測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、重復(fù)性好，試件的斷裂部位均在標(biāo)距范圍內(nèi)，有效杜絕了加持段先損壞而無(wú)法拉斷試件的現(xiàn)象，表明本夾具設(shè)計(jì)較為合理。
權(quán)利要求
1.一種用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具，其特征在于包括主夾頭，副夾頭； 主夾頭的一端為圓柱端，另一端設(shè)有楔面，副夾頭成T形、截面成U形，副夾頭用于夾持試件；副夾頭的T形面開(kāi)有螺紋孔主夾頭的圓柱端與試驗(yàn)機(jī)連接、楔面端與副夾頭相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具，其特征在于還包括套環(huán)，所述的套環(huán)布置在副夾頭的兩側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫拉伸試驗(yàn)夾具，具體地說(shuō)涉及一種陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸試驗(yàn)夾具。該夾具由主、副夾頭組成；主夾頭的一端為圓柱端，另一端設(shè)有楔面；副夾頭成T形，截面成U形；副夾頭用于夾持試件，副夾頭的T形面開(kāi)有螺紋孔；主夾頭的圓柱端與試驗(yàn)機(jī)連接，楔面端與副夾頭相連。本發(fā)明提供的用于陶瓷基復(fù)合材料高溫拉伸測(cè)試的夾具，試件受拉伸時(shí)，夾持端兩側(cè)受到主夾頭的拉力，夾持端的中部受到副夾頭的拉力。試件夾持端受力較為均勻，避免了試件受拉時(shí)夾持端首先破壞，大大提高拉伸試驗(yàn)的成功率。采用的試件為等厚的板狀試件，加工方便，經(jīng)濟(jì)型好。主、副夾頭的材料選用高強(qiáng)度耐高溫材料。該夾具還可適用于其他剪切強(qiáng)度較差的高溫材料拉伸試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/04GK103018101SQ201210558219
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者宋迎東, 高希光, 孫志剛, 胡緒騰 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)