本發明涉及形狀記(ji)憶(yi)材料彈熱效應(ying)測試技術領域。更具(ju)體地，涉及一(yi)種可用于4.2K-573K溫(wen)區內任意溫(wen)度環境下的(de)形狀記(ji)憶(yi)材料彈熱性能的(de)測試裝置。

背景技術：

對(dui)某(mou)些材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(尤其是合金(jin)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，例如Ni-Ti，Cu-Al-Mn，Cu-Zn-Al等合金(jin))具(ju)有(you)形(xing)(xing)狀(zhuang)記憶(yi)特性(xing)(xing)好、金(jin)屬耐疲勞特性(xing)(xing)強、金(jin)屬強度(du)高等優點。當(dang)對(dui)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)進行加(jia)載力(li)(li)的時(shi)，會導致材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)內部組織發(fa)生(sheng)相(xiang)變(bian)(bian)，即(ji)馬氏(shi)體轉(zhuan)變(bian)(bian)。由于(yu)相(xiang)變(bian)(bian)會使(shi)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)產生(sheng)相(xiang)變(bian)(bian)溫度(du)，即(ji)發(fa)生(sheng)溫度(du)變(bian)(bian)化(hua)。由于(yu)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)具(ju)有(you)強的形(xing)(xing)狀(zhuang)記憶(yi)特性(xing)(xing)，當(dang)對(dui)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)卸載力(li)(li)時(shi)，相(xiang)變(bian)(bian)后的材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)又恢復到原(yuan)來的晶格狀(zhuang)態，這一(yi)過程也發(fa)生(sheng)了相(xiang)變(bian)(bian)，材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)產生(sheng)相(xiang)變(bian)(bian)溫度(du)。一(yi)般(ban)情(qing)況下(xia)在對(dui)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)進行拉伸(shen)或者彎曲加(jia)載力(li)(li)時(shi)，材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)溫度(du)升高，當(dang)對(dui)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)卸載力(li)(li)時(shi)，材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)溫度(du)下(xia)降。對(dui)這一(yi)溫度(du)變(bian)(bian)化(hua)現(xian)象稱(cheng)為“熱彈性(xing)(xing)馬氏(shi)體轉(zhuan)變(bian)(bian)溫度(du)”。

形狀記憶(yi)(yi)合金(jin)是在(zai)傳統馬(ma)氏體相(xiang)變(bian)的(de)現象和理論(lun)基(ji)礎上(shang)發展起來的(de)一種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)功能(neng)材料，由(you)于該材料在(zai)相(xiang)變(bian)過(guo)程(cheng)中(zhong)會產生一些特(te)殊(shu)的(de)性(xing)能(neng)，特(te)別是形狀記憶(yi)(yi)效應(ying)、高(gao)阻尼(ni)性(xing)和超(chao)彈(dan)性(xing)，已經被廣泛應(ying)用到醫療(liao)、航天(tian)、紡織工業、家(jia)用電器(qi)、電子、能(neng)源和機械等領域中(zhong)。隨著形狀記憶(yi)(yi)合金(jin)的(de)廣泛應(ying)用，目前(qian)，對(dui)其研究也越(yue)來越(yue)深入，但是目前(qian)只(zhi)有在(zai)室溫條件下測量材料彎曲形變(bian)下的(de)彈(dan)熱(re)性(xing)能(neng)的(de)簡易裝(zhuang)置，而沒有一種(zhong)可在(zai)大的(de)溫度(du)范圍(wei)內測量形狀記憶(yi)(yi)合金(jin)任一應(ying)變(bian)的(de)彈(dan)熱(re)性(xing)能(neng)的(de)裝(zhuang)置。

技術實現要素：

本發明要解決的技術(shu)問題是(shi)提供一種可在多(duo)種溫度下測試材料任意(yi)應變的彈熱性能(neng)的裝置。

為解決(jue)上述(shu)技術問題，本發明采(cai)用下述(shu)技術方(fang)案：

一種(zhong)材料彈熱性能(neng)的(de)測試裝置(zhi)，包括：

真空杜瓦容(rong)器，試樣放置在所(suo)述真空杜瓦容(rong)器內并對試樣進行保(bao)溫減少漏熱；

控溫系統(tong)，用(yong)來控制所述真(zhen)空(kong)杜(du)瓦容(rong)器內的(de)溫度，為試樣提供(gong)所需的(de)環境溫度；

力(li)學試(shi)驗(yan)機，在進(jin)行材料彈熱性能測試(shi)過程(cheng)中(zhong)，為試(shi)樣提供負(fu)荷及卸載負(fu)荷；

數據(ju)輸(shu)入(ru)及采(cai)集(ji)的程(cheng)序(xu)控制系(xi)統，該系(xi)統通過程(cheng)序(xu)向(xiang)所(suo)述力學試驗(yan)(yan)機(ji)輸(shu)入(ru)試驗(yan)(yan)參(can)數，并(bing)采(cai)集(ji)力學試驗(yan)(yan)機(ji)傳感器(qi)和試樣處溫度計的測試數據(ju)；

以及引伸計，用于測量(liang)試樣的應變。

優選地，當試驗溫(wen)度要求4.2K或77K溫(wen)度進行時，通過將液(ye)氦或液(ye)氮注(zhu)入(ru)到所述真空(kong)杜瓦容器中浸泡試樣來實(shi)現。

優(you)選(xuan)地(di)，所(suo)述控(kong)溫(wen)(wen)系統包(bao)括控(kong)溫(wen)(wen)儀(yi)和加熱裝(zhuang)置，當(dang)試(shi)驗溫(wen)(wen)度要求(qiu)4.2K-77K或77K-室(shi)溫(wen)(wen)溫(wen)(wen)區進行時，先通過(guo)將液氦或液氮注入所(suo)述真空杜瓦容器內進行預冷，再(zai)通過(guo)所(suo)述加熱裝(zhuang)置為真空杜瓦容器內部環境升溫(wen)(wen)來實現。

優選地，所(suo)述(shu)控(kong)(kong)溫系(xi)統包括(kuo)控(kong)(kong)溫儀和加熱裝置，當試驗溫度要求室溫以(yi)上至(zhi)573K溫區(qu)進行時(shi)，通(tong)過所(suo)述(shu)控(kong)(kong)溫儀和加熱裝置為真空杜瓦容器內部環境(jing)升(sheng)溫來實現。

優選地，所述力(li)學試(shi)(shi)驗(yan)(yan)機根(gen)據試(shi)(shi)樣所需的(de)應變進行設置(zhi)，并由應變來(lai)控(kong)制力(li)學試(shi)(shi)驗(yan)(yan)機為試(shi)(shi)樣加(jia)載的(de)負(fu)荷。

優選(xuan)地，所述(shu)數(shu)(shu)據(ju)輸(shu)入及采集的(de)程序控制系統向力學試驗(yan)機輸(shu)入的(de)參(can)數(shu)(shu)包括：試樣(yang)(yang)所需測試的(de)應變大小、位移(yi)過(guo)程中的(de)位移(yi)速度、達到所需應變后的(de)位移(yi)的(de)保載時間(jian)、卸載過(guo)程中試樣(yang)(yang)位移(yi)的(de)速度、卸載最終目(mu)標力的(de)大小、目(mu)標力保載的(de)時間(jian)和試驗(yan)循(xun)環次數(shu)(shu)。

本發明(ming)的有益(yi)效果如下：

本(ben)發明的(de)測(ce)試裝置(zhi)可(ke)實(shi)現材料的(de)任意應變下(xia)的(de)拉(la)伸、彎曲等形變；并能實(shi)現低(di)溫(wen)(最低(di)液氦4.2K)、室溫(wen)、高溫(wen)(最高300攝(she)氏度(du)(du))下(xia)任意環境(jing)溫(wen)度(du)(du)下(xia)的(de)彈(dan)熱性能測(ce)量；環境(jing)溫(wen)度(du)(du)精確可(ke)控可(ke)調。能準(zhun)確測(ce)量出材料在(zai)任意溫(wen)度(du)(du)下(xia)(4.2K-573K)發生(sheng)相(xiang)變時的(de)溫(wen)度(du)(du)變化(hua)。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的(de)具體實施方式作(zuo)進一步詳細的(de)說明。

圖(tu)1示出本(ben)發明的結構示意圖(tu)。

具體實施方式

為了更清楚(chu)地說明(ming)(ming)本(ben)發明(ming)(ming)，下(xia)(xia)面結合(he)優選實施例和附圖對本(ben)發明(ming)(ming)做進一步的(de)(de)(de)(de)說明(ming)(ming)。附圖中相似的(de)(de)(de)(de)部件以相同的(de)(de)(de)(de)附圖標(biao)記進行表示。本(ben)領域技術人員應(ying)(ying)當(dang)理解，下(xia)(xia)面所具體描述(shu)的(de)(de)(de)(de)內容(rong)是說明(ming)(ming)性(xing)的(de)(de)(de)(de)而非限(xian)(xian)制(zhi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)，不應(ying)(ying)以此限(xian)(xian)制(zhi)本(ben)發明(ming)(ming)的(de)(de)(de)(de)保護范(fan)圍。

如圖(tu)1所示，一(yi)種(zhong)材(cai)料(liao)彈熱(re)性能測試(shi)(shi)(shi)裝(zhuang)置，包括：力(li)學試(shi)(shi)(shi)驗機1、真空(kong)杜(du)瓦(wa)(wa)(wa)容(rong)器(qi)2、加熱(re)器(qi)3、溫(wen)(wen)度計(ji)4、引伸計(ji)5、控(kong)溫(wen)(wen)儀6和數據輸(shu)入(ru)及采(cai)集程(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)7。力(li)學試(shi)(shi)(shi)驗機1上設(she)有夾(jia)具9、傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)10和拉(la)伸桿11，拉(la)伸桿11的一(yi)端與夾(jia)具9連(lian)接，另一(yi)端通過傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)10固(gu)定在(zai)力(li)學試(shi)(shi)(shi)驗機1上。試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)8安裝(zhuang)在(zai)夾(jia)具9上，引伸計(ji)5和溫(wen)(wen)度計(ji)4均設(she)置在(zai)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)8上，分別用來采(cai)集試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)8的應(ying)變和溫(wen)(wen)度，并將采(cai)集到的數據傳(chuan)(chuan)輸(shu)給數據輸(shu)入(ru)及采(cai)集程(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)7。真空(kong)杜(du)瓦(wa)(wa)(wa)容(rong)器(qi)2設(she)置在(zai)力(li)學試(shi)(shi)(shi)驗機1的法蘭盤上，加熱(re)器(qi)3設(she)置在(zai)真空(kong)杜(du)瓦(wa)(wa)(wa)容(rong)器(qi)2的內(nei)部，控(kong)溫(wen)(wen)儀6通過加熱(re)器(qi)3對(dui)真空(kong)杜(du)瓦(wa)(wa)(wa)容(rong)器(qi)2升(sheng)溫(wen)(wen)，真空(kong)杜(du)瓦(wa)(wa)(wa)容(rong)器(qi)2為試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)8及其環境保溫(wen)(wen)。

本(ben)(ben)實施(shi)例中力(li)學試(shi)(shi)驗機1對試(shi)(shi)樣8施(shi)加(jia)(jia)拉伸力(li)，測試(shi)(shi)試(shi)(shi)樣8發生拉伸應(ying)變(bian)(bian)時的彈(dan)熱性能。在其它的實施(shi)列中，力(li)學試(shi)(shi)驗機1可(ke)對試(shi)(shi)樣8施(shi)加(jia)(jia)拉伸、壓(ya)縮(suo)、彎曲或扭轉(zhuan)等任(ren)意應(ying)變(bian)(bian)，本(ben)(ben)發明的裝(zhuang)置可(ke)測試(shi)(shi)試(shi)(shi)樣8任(ren)意應(ying)變(bian)(bian)下的彈(dan)熱性能。

本(ben)發明的測(ce)試(shi)裝置的實驗流程(cheng)包括下述步驟：

(1)將試樣(yang)8安裝在力學試驗(yan)機1的夾具9上，并將適合試樣(yang)8標距的引(yin)伸計5和溫度計4設置在試樣(yang)8上。

(2)將(jiang)真空杜瓦容(rong)器2安裝在力學試驗機1的法蘭(lan)盤上(shang)，為試樣及(ji)其環境保溫。

(3)當(dang)加熱器3加熱真空杜瓦容(rong)器2達到(dao)(dao)試(shi)樣(yang)所需(xu)的(de)(de)溫度(du)后(hou)，將(jiang)試(shi)樣(yang)的(de)(de)直(zhi)徑、厚(hou)度(du)、寬度(du)、規定(ding)非比例延伸率、規定(ding)總延伸率、原始(shi)標(biao)距、引伸計(ji)標(biao)距等一系(xi)(xi)列參數輸入(ru)(ru)到(dao)(dao)數據(ju)輸入(ru)(ru)及采集程(cheng)序(xu)控制系(xi)(xi)統(tong)7中。同時也將(jiang)拉伸過(guo)程(cheng)中，試(shi)樣(yang)所需(xu)測試(shi)的(de)(de)應變大(da)小、試(shi)樣(yang)被拉伸的(de)(de)位移(yi)(yi)速度(du)、達到(dao)(dao)所需(xu)應變后(hou)的(de)(de)試(shi)樣(yang)位移(yi)(yi)的(de)(de)保載(zai)(zai)時間、卸載(zai)(zai)過(guo)程(cheng)中試(shi)樣(yang)位移(yi)(yi)的(de)(de)速度(du)、卸載(zai)(zai)最終(zhong)目標(biao)力的(de)(de)大(da)小、目標(biao)力保載(zai)(zai)的(de)(de)時間及試(shi)驗(yan)循環次數也輸入(ru)(ru)到(dao)(dao)數據(ju)輸入(ru)(ru)及采集程(cheng)序(xu)控制系(xi)(xi)統(tong)7中。

(4)開始(shi)對試(shi)樣8進行(xing)拉伸，數(shu)據輸入及采集程(cheng)序控(kong)制系統7采集傳感器10與引伸計5將(jiang)測(ce)(ce)量到的試(shi)樣8所承受的力(li)、應力(li)和應變以及溫度計4測(ce)(ce)得的溫度。

在試(shi)(shi)驗(yan)時(shi)(shi)，對(dui)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)8加(jia)(jia)載(zai)負(fu)荷的(de)(de)(de)過程中(zhong)(zhong)(zhong)，力(li)(li)(li)學(xue)(xue)試(shi)(shi)驗(yan)機1是(shi)根據所(suo)需(xu)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)應變(bian)(bian)進(jin)行設置，并由(you)應變(bian)(bian)來控制力(li)(li)(li)學(xue)(xue)試(shi)(shi)驗(yan)機為(wei)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)加(jia)(jia)載(zai)的(de)(de)(de)負(fu)荷。這是(shi)因為(wei)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)8由(you)于材質(zhi)或者內部組織結(jie)構不(bu)同(tong)，在達(da)到相同(tong)的(de)(de)(de)應變(bian)(bian)的(de)(de)(de)情況下，力(li)(li)(li)學(xue)(xue)試(shi)(shi)驗(yan)機1加(jia)(jia)載(zai)的(de)(de)(de)負(fu)荷會不(bu)同(tong)。由(you)于試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)8應變(bian)(bian)過程中(zhong)(zhong)(zhong)會產(chan)生位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)，可設置試(shi)(shi)驗(yan)加(jia)(jia)載(zai)過程中(zhong)(zhong)(zhong)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)速度及(ji)達(da)到所(suo)需(xu)應變(bian)(bian)后(hou)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)保載(zai)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)。加(jia)(jia)載(zai)過程中(zhong)(zhong)(zhong)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)會有溫升的(de)(de)(de)現象，等試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)恢(hui)復到環境溫度后(hou)，對(dui)加(jia)(jia)載(zai)在試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)上的(de)(de)(de)負(fu)荷進(jin)行卸載(zai)，卸載(zai)過程中(zhong)(zhong)(zhong)是(shi)通過設置試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)速度及(ji)卸載(zai)完成(cheng)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)機加(jia)(jia)載(zai)在試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)上的(de)(de)(de)最小力(li)(li)(li)(目標力(li)(li)(li))來完成(cheng)的(de)(de)(de)。卸載(zai)過程中(zhong)(zhong)(zhong)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)會有溫降現象，卸載(zai)完成(cheng)后(hou)，進(jin)行力(li)(li)(li)保載(zai)一(yi)段時(shi)(shi)間(jian)，等試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)恢(hui)復到環境溫度后(hou)，進(jin)行該試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)下一(yi)個循環的(de)(de)(de)彈熱性能測試(shi)(shi)。

本(ben)(ben)實施例中(zhong)，因試(shi)(shi)驗(yan)(yan)所需(xu)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)室溫(wen)(wen)(wen)以(yi)上，所以(yi)控(kong)(kong)溫(wen)(wen)(wen)儀(yi)6通過(guo)加(jia)熱器(qi)3對真(zhen)空(kong)(kong)杜瓦容器(qi)2內(nei)部環(huan)境進行(xing)(xing)升溫(wen)(wen)(wen)，就可達到所需(xu)的(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。本(ben)(ben)發(fa)明(ming)的(de)(de)測試(shi)(shi)裝置可最高(gao)到573K的(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。加(jia)熱器(qi)3為(wei)加(jia)熱電阻(zu)、加(jia)熱片或加(jia)熱帶。在(zai)進行(xing)(xing)4.2K或77k溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)時，將液(ye)氦或液(ye)氮注入到真(zhen)空(kong)(kong)杜瓦容器(qi)2中(zhong)，浸泡(pao)試(shi)(shi)樣8來達到試(shi)(shi)驗(yan)(yan)所需(xu)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。當試(shi)(shi)驗(yan)(yan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)要求(qiu)在(zai)4.2K-77K或77K-室溫(wen)(wen)(wen)溫(wen)(wen)(wen)區內(nei)時，先(xian)通過(guo)用(yong)液(ye)氦或液(ye)氮預冷真(zhen)空(kong)(kong)杜瓦容器(qi)，再(zai)通過(guo)控(kong)(kong)溫(wen)(wen)(wen)儀(yi)6和加(jia)熱器(qi)3為(wei)真(zhen)空(kong)(kong)杜瓦容器(qi)2內(nei)部環(huan)境升溫(wen)(wen)(wen)，最后通過(guo)控(kong)(kong)溫(wen)(wen)(wen)儀(yi)6控(kong)(kong)溫(wen)(wen)(wen)以(yi)達到所需(xu)的(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。加(jia)熱裝置可以(yi)是加(jia)熱電阻(zu)，加(jia)熱片或者(zhe)加(jia)熱帶。

顯(xian)(xian)然，本發(fa)明(ming)的(de)(de)上(shang)(shang)述(shu)(shu)實(shi)施例(li)僅僅是為清楚地說(shuo)明(ming)本發(fa)明(ming)所(suo)作的(de)(de)舉例(li)，而并非是對本發(fa)明(ming)的(de)(de)實(shi)施方(fang)式(shi)(shi)的(de)(de)限定，對于(yu)(yu)(yu)所(suo)屬領域的(de)(de)普通(tong)技術人員來說(shuo)，在上(shang)(shang)述(shu)(shu)說(shuo)明(ming)的(de)(de)基礎上(shang)(shang)還可以(yi)做出(chu)其它不同形式(shi)(shi)的(de)(de)變化或變動，這(zhe)里無(wu)法對所(suo)有的(de)(de)實(shi)施方(fang)式(shi)(shi)予以(yi)窮舉，凡(fan)是屬于(yu)(yu)(yu)本發(fa)明(ming)的(de)(de)技術方(fang)案(an)所(suo)引伸出(chu)的(de)(de)顯(xian)(xian)而易見的(de)(de)變化或變動仍(reng)處(chu)于(yu)(yu)(yu)本發(fa)明(ming)的(de)(de)保護范圍之列。