材料高温相容性实验装置

本发明涉及材料的高温相容性实验装置，特别涉及空间技术用材料的 高温相容性实验装置。

在高温领域使用的材料，都必须与材料所处的介质环境具有相容性。在 空间技术领域使用的大多数材料，都必须与所提供的推进剂进行相容性实 验，并作出评价。载人空间站电阻加热式推进器对材料的要求极为苛刻，要 求所选用的材料在1400℃高温下，使用寿命长达10000小时，并对多种推进 剂具有相容性。根据国际上近期的研究表明，只有弥散强化铂适宜用作空间 站电阻加热式推进器材料。根据美国航空和航天局(NASA)的规定，推进器材 料在经过高温相容性实验之后，其质量损失达10％即为寿命极限。因此，推进 器材料的估计寿命L为： $L=\frac{10\%}{X\%}\times 1000$ 其中X％为实验后测出的质量损失.此外，还需用金相分析和扫描电镜观察 等方法来评价丝材表面的腐蚀情况及材料的结构稳定性。

M.V.Whalen and M.V.Nathel，＂Compatibility of Dispersion- Strengthened Platinum with Resistojet Propellants＂，NASA Technical Paper，2765，1987，以及M.V.Whalen，“Space station resistojets.The compatibility of dispersion-strengthened platinum with candidate propellants”，Platinum Metals Review， 1988，32(1)，2-10二文献叙述了评价弥散强化铂对多种推进剂电阻加热式 推进器的高温相容性的实验情况。在该二文中，对高温相容性实验装置仅有 一个示意简图和一幅照片介绍和简单描述，没有报导装置的详情。该装置有 一个石英或不锈钢作外套的工作室，呈螺管状的待试验的电阻加热丝(弥散 强化铂丝)位于工作室中部，加热丝两端通过接线柱与直流电源相连。实验 气体(H2，N2，水蒸气，CH4，N2H2等)通过进气管进入工作室。该装置采用光学 高温计来测量电阻加热丝的工作温度，其测温精度为1400±20℃；所用的 气体流量和压力控制部件为一针形阀；无论是丝材的加热温度，还是气体的 流量和压力，均为人工控制调节，而不是自动控制。因此，实验过程操作较麻 烦，常需人工看守和调节，控制精度也不高。

本发明的目地，在于克服现有技术存在的上述缺点，提供一种自动化程 度高的，控制更精确的材料高温相容验装置，以更好地满足材料高温相容性 实验的要求。

本发明的技术方案是在现有技术基础上增设温度、气体流量和压力自 动控制部件，并增设冷却水自动循环系统、强力排风及抽气系统，进一步加 强工作室的冷却效果和工作的安全性。

本发明空间技术用材料高温相容性实验装置，有一个石英或不锈钢作 外套的工作室(8)，工作室(8)的两端各有一个接线轴(8.6)，呈螺管状的弥 散强化铂丝(8.10)接于二接线轴(8.6)之间，本发明还有一个温度测量装置 (20)和气体流量、压力调节装置，本发明的特征是：

A、所说的温度测量装置(20)为红外温度计，它与一个带有红外测温显 示器(13)和电流电压表(14)的精密温度控制仪(15)相连，组成温度自动控 制系统，所说的温度自动控制系统各部件之间以及温度自动控制系统和工 作室(8)之间，通过电路(30)相连接；

B、所说的气体流量、压力调节装置是由一台空压机(2)、气体减压器 (19)、两个截止阀(21)、气体压力指示调节仪(23)、流量控制器(24)、玻 璃转子流量计(25)、干燥净化器(22)组成的自动气体压力、流量调节装置， 空压机(2)通过一个空气过滤器(1)与大气相通，氮气瓶(16)和气源瓶(17) 分别与两个气体减压器(19)相连，在所说的自动气体压力、流量调节装置 的各部件之间以及所说的自动气体压力、流量调节装置和工作室(8)之间， 通过气源线(27)彼此连接；

C、本发明还有一个由液位控制器(3)、高位水槽(4)、三通(5)、水泵 (6)、循环水池(7)、液体流量计(9)组成的冷却水自动循环系统，用于冷却 处于高温下的工作室的密封圈(8.4)，自来水通过入口(7.1)注入循环水池 (7)，在所说的冷却水自动循环系统的各部件之间以及冷却水自动循环系统 和工作室(8)之间，通过冷却水管路(29)彼此连接；

D、在工作室(8)的附近有两台风扇(18)，对工作室进行强制外冷却；

E、本发明还有一个由一台轴流风机(10)、水阻器(12)、压力表(26)、 截止阀(21)组成的排气系统，以强力抽排工作室排出的有害气体，该系统的 各部件之间以及和工作室(8)之间通过气源线(27)彼此连接；

F、本发明还有一个由一台轴流风机(10)、真空泵(11)、压力表(26)、 截止阀(21)和一个空气过滤器(1)组成的真空抽气系统，该系统通过气源线 (27)和真空抽气管路(28)与工作室(8)相联，用于每次实验开始时抽排工作 室中的残余气体。同现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明的温度自动控制系统由于采用了红外温度计，既能精确地测 量温度，又能自动准确地控制铂丝的加热温度，其控制精度为1400±5℃；本 装置的红外温度计的测温范围为1000-2500℃，可以用于该温度范围的高温 相容性实验，若配以铬镍-铝镍热电偶测量温度，还可以用于温度较低(500 -1000℃)的相容性实验。

2、本发明的自动气体压力、流量调节装置摆脱了手工调节，既减轻了 劳动强度，又提高了工作效率，压力调节范围为0～0.2兆帕，流量调节范围 为20～1000毫升/分，均可根据实验需要进行定点调节；

3、本发明的冷却水自动循环系统对工作室中处于高温下的密封圈进 行冷却，确保高温下长时间的可靠密封；

4、由于本发明在工作室附近辅以风扇冷却，使工作室工作更可靠；

5、本发明用轴流风机强力抽排工作室排出的气体，可避免可燃、易 爆气体超限量；

6、本发明实验装置结构紧凑，操作方便，性能稳定。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明装置总体结构示意图，图2是石英套工作室结构图，图3是 不锈钢管工作室结构图。

图1中所示为：(1)空气过滤器，(2)空压机，(3)液位控制器，(4)高位水 槽，(5)三通，(6)水泵，(7)循环水池，(8)工作室，(9)液体流量计，(10)轴流 风机，(11)真空泵，(12)水阻器，(13)红外测温显示器，(14)电流电压表，(15) 精密温度控制仪，(16)氮气瓶，(17)气源瓶(H2，CH4，CO2，N2，NH3)，(18)风扇， (19)气体减压器，(20)红外温度计，(21)截止阀，(22)干燥净化器，(23)气体 压力指示调节仪，(24)流量控制器，(25)玻璃转子流量计，(26)压力表，(27) 气源线，(28)真空抽气管路，(29)冷却水管路，(30)电路。

图2中所示为：(8.1)内冷却水管接头，(8.2)气体出口管，(8.3)左右端 盖，(8.4)密封圈，(8.5)石英套座圈，(8.6)接线轴，(8.7)石英套，(8.8)进气 管，(8.9)导电板，(8.10)弥散强化铂丝，(8.11)调位丝杆，(8.12)手轮。

图3中所示为：(8.2)气体出口管，(8.3)左右端盖，(8.4)密封圈，(8.6) 接线轴，(8.8)进气管，(8.9)导电板，(8.10)弥散强化铂丝，(8.11)调位丝杆， (8.12)手轮.(8.13)外冷却套，(8.14)内冷却套，(8.15)不锈钢套管，(8.16) 石英观察窗，(8.17)冷却水管，(8.18)绝缘密封圈。其结构及位置均与图2相 同

实施例1

图1及图2的结合是本发明的一个实施例。在图2中，弥散强化铂丝(8.10) 置于石英套(8.7)中部，丝的两端以接线轴(8.6)支撑，由导电板(8.9)接通 直流电源.各推进剂由右端盖(8.3)上的进气管(8.8)引入工作室。经高温相 容实验后，再由左端盖(8.3)的排气管(8.2)排出工作室，循环冷却水由左端 内冷却水管接头(8.1)引入左端接线轴(8.6)，经石英套座圈(8.5)上的冷却 套，再进入右端接线轴(8.6)的内冷却水管接头(8.1)接通循环水池(7)，经 水泵(6)把水打到高位水槽(4)进行自动循环冷却使用，整套工作室(8)是依 托在调位丝杆(8.11)的鞍座上，通过手轮(8.12)调整工作室(8)的位置，使 红外温度计(20)始终对准弥散强化铂丝测温，精密温度控制仪(15)精确自 动控制丝材加热温度，以满足气体相容性实验要求，本实施例石英套工作室 主要用于一般气体(N2，CO2等)的高温相容实验，实验开始时，先通过真空抽 气系统抽出工作室(8)中的残余气体，然后通入氮气清洗工作室，之后再通 入实验气体，进行相容性实验，同时开启排气系统，抽排经过相容性实验之 后的气体，实验之中同时开动风扇(18)，对工作室进行强制外冷却。

实施例2

图1及图3的结合是本发明的又一个实施例.其主体部分与实施例1类同 图3所示，它是由不锈钢套管(8.15)制成工作室外套，红外温度计(20)通过 石英观察窗(8.16)测量加热丝的温度，冷却水管(8.17)外冷却套(8.13)通 入循环冷却水对密封圈(8.4)及(8.18)进行冷却，保持良好的密封性能，本 实施例主要用于特种气体(可燃、易爆及有害气体)的高温相容性实验，实 验程序与实施例1相同。