本发明属于高温环境下材料力学性能测试，具体涉及一种力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置。
背景技术：
1、连续纤维增强陶瓷基复合材料以其低密度、高比模、高比强、抗氧化性能优异等特点，在航空航天热结构部件有着广泛的应用前景。高温、复杂载荷、水氧腐蚀是航空航天服役环境的典型特点，结构部件在该种环境中长时间使用会产生开裂、变形，甚至断裂。因此，连续纤维增强陶瓷基复合材料在空气和水氧环境下的高温力学性能是评价其长时服役性能的重要指标之一。
2、在陶瓷基复合材料进行力学性能试验时，如静态力学、疲劳或蠕变性能测试，一般需要使用测试设备配合加热装置来完成，通过加热装置模拟材料服役环境。空气和水氧环境下的超高温加热装置通常需要解决氧化腐蚀、保温效果以及热效率等一系列技术难题。传统的加热装置存在以下问题：试样水氧环境与设备本体之间缺乏隔离措施，设备长时间在高温水氧环境下工作，设备易受氧化和腐蚀，影响使用寿命和试验结果的稳定性；受设备结构和材料影响，只能在较低的温度范围内(1500℃以内)工作，难以达到超高温条件，限制了材料性能测试的极限温度条件，同时，在水氧环境下的热量损失较大，热效率不高；超高温条件对炉体设计结构要求高，缺乏相应的安全防护设计，安全性没有保证。
技术实现思路
1、要解决的技术问题：
2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，为陶瓷基复合材料进行静态力学、疲劳和蠕变性能测试时提供空气和水氧条件下的超高温测试环境，解决现有加热装置温度难以超过1500℃，热效率不高及设备容易氧化腐蚀的问题。
3、本发明的技术方案是：一种力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，包括炉体、保护管、加热装置、进气管、热电偶；
4、所述炉体包括外壳、保温层、耐火炉膛；外壳为封闭壳体结构，外壳内壁贴覆保温层，保温层内安装耐火炉膛；所述耐火炉膛的外壁与保温层的内壁贴合，耐火炉膛内的中心位置设有空腔；
5、所述保护管为两端敞口的空心管，保护管垂直插装于炉体中心位置，并贯通耐火炉膛的空腔，保护管内用于放置待测试样；
6、所述加热装置贯穿安装于炉体，加热装置的加热部位于耐火炉膛的空腔内，加热装置用于为待测试样提供所需温度环境；
7、所述进气管一端由保护管的侧壁接入保护管，另一端连接外部水蒸气发生器，进气管用于为待测试样提供水氧环境；
8、所述热电偶安装于炉体一侧，其测头端与保护管接触，热电偶用于监控待测试样的测试温度环境。
9、本发明的进一步技术方案是：所述加热装置包括加热电极、加热棒；两根所述加热棒贯穿炉体，并对称设置于保护管两侧，加热棒与保护管空间垂直，加热棒的加热部位于耐火炉膛的空腔，加热棒的两端穿出外壳；四个所述加热电极安装于外壳，分别与两个加热棒的两端一一对应电连接，每个加热电极均通过电缆连接外部控温仪，用于加热棒的温度控制。
10、本发明的进一步技术方案是：所述加热电极包括冷却水套、铝/铜带、绝缘子、螺柱、螺母；所述冷却水套、铝/铜带、绝缘子通过导电螺柱依次固定连接，所述绝缘子为绝缘材质，固定安装于炉体外壳上设置的加热电极安装孔内；所述铝/铜带延伸至所对应加热棒的端部并与之固定连接；所述螺母位于冷却水套外侧，与螺柱螺纹配合连接，通过旋拧螺母将电缆一端固定于螺母和冷却水套之间，电缆的另一端连接外部控温仪的对应接口。
11、本发明的进一步技术方案是：所述冷却水套为金属材质，冷却水套与外部冷却循环系统通过管路接通，冷却水套内循环流动冷却水，用于对整个装置降温。
12、本发明的进一步技术方案是：所述炉体中心位置设有通孔，用于插装保护管；该通孔与耐火炉膛的空腔贯通，通孔内径与保护管外径间隙配合；所述通孔两侧对称设有两个与通孔垂直、并贯穿炉体、同时和耐火炉膛的空腔贯通的方孔，所述加热棒放置于方孔内。
13、本发明的进一步技术方案是：所述保护管的上端面与通孔上端平齐，保护管的下端由通孔底部伸出炉体；所述保护管下端位于炉体外的侧壁上设有贯通侧壁的进气管安装孔，用于插装进气管。
14、本发明的进一步技术方案是：所述炉体两端均安装有防护罩，用于防护炉体端部伸出的加热棒和加热电极；所述防护罩设有栅格状散热口，用于观察加热棒及加热电极的工作状况。
15、本发明的进一步技术方案是：所述炉体为对开式炉体，沿平行于加热棒方向的炉体中心线两半对开，对开后的两半炉体除一侧安装有热电偶外，其余结构完全对称。
16、本发明的进一步技术方案是：所述保温层为含有锆纤维的纤维保温层；所述耐火炉膛为含有莫来石纤维的纤维耐火炉膛；所述保护管为刚玉材质的陶瓷保护管；所述进气管为刚玉材质的陶瓷进气管。
17、一种所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置的应用，用于连续纤维增强陶瓷基复合材料在空气和水氧条件下超高温环境的静态力学、疲劳和蠕变试验测试。
18、有益效果
19、本发明的有益效果在于：本发明所述的一种力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，通过对炉体采用耐火炉膛、保温层、外壳三层设计，将加热棒的加热部和用于放置待测试样的保护管同置于耐火炉膛的中心空腔，在保证超高温加热的同时避免了热量非必要扩散，提高了炉体的热效率，所能达到的最高试验温度达1700℃，长时服役的温度波动度不高于5℃。可直接装配于静态力学、疲劳和蠕变试验机，用于测试陶瓷基复合材料在空气和水氧环境下超高温静态力学、疲劳和蠕变性能。
20、本发明通过保护管起到炉体与待测试样隔离的作用，同时通过进气管接通保护管和外部水蒸气发生器，为保护管内的试样提供了水氧环境，通过调节外部水蒸气发生器的流量，模拟不同的水氧环境。由于将水氧环境限制在放置待测试样的保护管内，水蒸气不与其他部件直接接触，避免了长期高温水氧环境对炉体带来氧化和腐蚀，提高了装置使用寿命，保证了试验结果的稳定性。
21、本发明炉体采用两半对开式结构，便于保护管和试样的快速装卸，简化了操作流程，提高了试验效率，降低了操作人员的劳动强度。
22、本发明通过加热电极连接加热棒和外部控温仪，保证了电流传递的稳定性和可靠性。本发明加热电极的设计使得加热装置的电源输入端能够承受长时间的高温环境，通过冷却水套设计，在超高温试验中利用热传导及时为炉体及加热棒降温，延长了整个装置的使用寿命。避免了采用电缆直接连接加热棒和外部控温仪时，因高温造成电缆材料退化和膨胀，从而使连接点松动或损坏的现象。同时，通过加热电极还能避免加热棒升温速度过快，高于目标温度值使可以通过冷却水套降温，实验结束后也可以通过冷却水套缓慢降温，起到保护加热棒的作用。从而提高了整个装置的安全性和可靠性，满足了空气和水氧环境下长时间稳定的超高温试验需求。
23、本发明通过在加热电极和加热棒的连接处设置防护罩，一方面起到安全防护作用，避免误触烫伤，又能通过防护罩上设置的栅格状散热口在试验中观察加热棒及加热电极的工作状况，进一步提高了整个装置的安全性和可靠性。
1.一种力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：包括炉体、保护管、加热装置、进气管、热电偶；
2.根据权利要求1所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述加热装置包括加热电极、加热棒；两根所述加热棒贯穿炉体，并对称设置于保护管两侧，加热棒与保护管空间垂直，加热棒的加热部位于耐火炉膛的空腔，加热棒的两端穿出外壳；四个所述加热电极安装于外壳，分别与两个加热棒的两端一一对应电连接，每个加热电极均通过电缆连接外部控温仪，用于加热棒的温度控制。
3.根据权利要求2所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述加热电极包括冷却水套、铝/铜带、绝缘子、螺柱、螺母；所述冷却水套、铝/铜带、绝缘子通过导电螺柱依次固定连接；所述绝缘子为绝缘材质，固定安装于炉体外壳上设置的加热电极安装孔内；所述铝/铜带延伸至所对应加热棒的端部并与之固定连接；所述螺母位于冷却水套外侧，与螺柱螺纹配合连接，通过旋拧螺母将电缆一端固定于螺母和冷却水套之间，电缆的另一端连接外部控温仪的对应接口。
4.根据权利要求3所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述冷却水套为金属材质，冷却水套与外部冷却循环系统通过管路接通，冷却水套内循环流动冷却水，用于对整个装置降温。
5.根据权利要求2所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述炉体中心位置设有通孔，用于插装保护管；该通孔与耐火炉膛的空腔贯通，通孔内径与保护管外径间隙配合；所述通孔两侧对称设有两个与通孔垂直、并贯穿炉体、同时和耐火炉膛的空腔贯通的方孔，所述加热棒放置于方孔内。
6.根据权利要求5所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述保护管的上端面与通孔上端平齐，保护管的下端由通孔底部伸出炉体；所述保护管下端位于炉体外的侧壁上设有贯通侧壁的进气管安装孔，用于插装进气管。
7.根据权利要求2所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述炉体两端均安装有防护罩，用于防护炉体端部伸出的加热棒和加热电极；所述防护罩的侧壁设有栅格状散热口，用于观察加热棒及加热电极的工作状况。
8.根据权利要求2所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述炉体为对开式炉体，沿平行于加热棒方向的炉体中心线两半对开，对开后的两半炉体除一侧安装热电偶外，其余结构完全对称。
9.根据权利要求1所述力学性能试验用有氧环境超高温加热系统装置，其特征在于：所述保温层为含有锆纤维的纤维保温层；所述耐火炉膛为含有莫来石纤维的纤维耐火炉膛；所述保护管、进气管均为刚玉陶瓷材料。
10.一种权利要求1所述有氧环境超高温加热系统装置的应用，其特征在于：用于连续纤维增强陶瓷基复合材料在空气和水氧条件下超高温环境的静态力学、疲劳和蠕变试验测试。
