×
22.01.2020
220.017.f7ed

Способ определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов при индукционном нагреве

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к методам определения механических характеристик конструкционных материалов с учетом условий их применения. Способ определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов, включает индукционный нагрев до заданной температуры со скоростью 10-100°С посредством промежуточного нагревательного элемента и определения предела прочности при растяжении образца. При этом нагрев образца осуществляют промежуточным нагревательным элементом из тугоплавкого проводящего материала, нагреваемого индукционным нагревателем до температуры 1300-1700°С. Технический результат - повышение точности определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов за счет приближения условий испытания образца к эксплуатационным тепловым нагрузкам материала в изделии. 1 табл., 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к методам определения механических характеристик конструкционных материалов с учетом условий их применения.

Известен способ определения предела прочности при растяжении диэлектрических материалов при индукционном нагреве (патент РФ №2538419, МПК G01N 3/18, от 06.08.2013), включающий индукционный нагрев образца до заданной температуры посредством промежуточных металлических элементов и определение предела прочности при растяжении образца.

Недостатком этого способа является применение металлических нагревателей, вследствие этого испытания ограничиваются температурами не более 1300°С, что не соответствует тепловым условиям эксплуатации некоторых высокотемпературных керамических и композиционных материалов в современных высокотеплонагруженных изделиях авиационной и ракетнокосмической техники.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов за счет приближения условий испытания образца к эксплуатационным тепловым нагрузкам материала в изделии.. Поставленная задача решается тем, что предложен способ определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов, включающий индукционный нагрев до заданной температуры со скоростью 10-100°С посредством промежуточного нагревательного элемента и определения предела прочности при растяжении образца, отличающийся тем, что нагрев образца осуществляют промежуточным нагревательным элементом из тугоплавкого проводящего материала нагреваемого индукционным нагревателем до температуры 1300-1700°С.

Способ учитывает специфику применения материалов в изделиях с высокими тепловыми нагрузками и скоростями нагрева (10-100°С/с).

Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного нагревательного элемента изготавливаемого из тугоплавкого проводящего материала. В качестве материала нагревателя могут быть использованы соединения на основе диборидов циркония и гафния, карбида кремния, силицидов молибдена и вольфрама, а также их различные комбинации. Промежуточный нагревательный элемент может использоваться как в условиях термического контакта с испытываемым образцом, так и без него. Индукционный нагрев позволяет осуществлять быстрый нагрев нагревательного элемента с возможностью точного автоматического управления нагревом, что является существенным для реализации динамического нагрева по заданному режиму изделия.

Изобретение поясняется конкретным примером определения предела прочности при растяжении конструкционных материалов. На фиг. 1 показано, что испытания проводят на испытательной машине 1, дополнительно оборудованной индукционным нагревателем 2 для нагрева промежуточного нагревательного элемента из высокотемпературной проводящей керамики (в частности диборида гафния) в форме трубки 3. Температура образца контролируется при помощи пирометра или термоэлектрического преобразователя 4.

Объектом исследования был выбран композиционный материал 8 (фиг. 2), изготовленный методом контактного формования из алюмохромфосфатного связующего с добавлением порошка Аl2O3, которое наносится на кварцевую ткань (материал ХАФСкв). Испытания на растяжение проводились на установке ИР5047-50 при температурах 1100, 1200, 1300, 1500°С. Скорость нагружения 5 мм/мин. Испытывалось по 5 образцов на каждую температурную точку. Контроль температуры проводился пирометром Modline 5 частичного излучения. На фиг. 2 видно как между захватами 5 помещался нагреватель 6 из HfB2, помещенный в теплозащиту 7 из пористого Аl2O3. Скорость нагрева составляла 10°С/сек. По достижении необходимой температуры производилась изотермическая выдержка в течение 180 сек. После изотермической выдержки проводилось испытание на растяжение.

Прочность при растяжении σ, МПа определяется по формуле

где Р - максимальная нагрузка при испытании на растяжение, Н;

S - площадь поперечного сечения рабочей зоны образца, мм. В таблице 1 представлены результаты определения прочности при растяжении ХАФСкв при различных температурах.

На фиг. 3 представлены образцы после проведения испытания. Полученные результаты характеризуются низким разбросом значений прочности - до 10% при температуре испытаний до 1500°С.

Так же, был произведен расчет распределения температур в образце при стационарном и нестационарном нагреве при помощи ANSYS Fluent. Геометрия задачи и элементная сетка приведены на фиг. 4, где 9 - воздух, 10 - теплоизоляция, 11 - образец (1/2 часть), 12 - металлические неохлаждаемые захваты, 13 - нагревательный элемент. Для границ расчетных областей введены следующие обозначения: 14 - граница теплоизоляция-воздух, 15 - ось симметрии задачи, 16 - образец-воздух, 17 - захваты-воздух, 18 - внешняя граница расчетной области для воздуха, 19 - нагреватель - воздух, 20 - внешняя граница расчетной области для захватов.

Расчетной оценке подлежали следующие характеристики: условия достижения стационарного режима нагрева, необходимая длительность выдержки (Фиг. 5). Распределение температур в образце видно на фиг. 6.

Расчет показал, что длительность выдержки на уровне 180 секунд достаточна для достижения стационарного режима нагрева. Расчет распределения температуры в образце показал, что перепад температур по толщине слоя в условиях стационарного нагрева не превышает 10 градусов вплоть до температуры поверхности образца ~1700°С. Оценка термических напряжений возникающих в образце показала, что их относительная доля при испытании образцов не превышает 2%.

Таким образом, рассматриваемая конструкция образца и системы нагрева позволяет осуществить динамический нагрев рабочей части образца по заданному режиму, и тем самым обеспечить имитацию температурного режима соответствующего изделию и корректно провести испытания образца при осевом растяжении.

Данное техническое предложение позволяет приблизить условия испытания керамических и композиционных материалов к тепловым условиям эксплуатации современных высокотеплонагруженных изделиий авиационной и ракетнокосмической техники.

Способ определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов, включающий индукционный нагрев до заданной температуры со скоростью 10-100°С посредством промежуточного нагревательного элемента и определения предела прочности при растяжении образца, отличающийся тем, что нагрев образца осуществляют промежуточным нагревательным элементом из тугоплавкого проводящего материала, нагреваемого индукционным нагревателем до температуры 1300-1700°С.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 136.
10.10.2015
№216.013.80e9

Быстроразъемное соединение отсеков корпуса летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, в частности к конструкциям герметичных разъемных соединений отсеков корпуса летательных аппаратов и, в особенности, к конструкциям герметичного соединения обтекателя с отсеком корпуса летательного аппарата. Быстроразъемное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564598
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.824b

Способ изготовления трехслойной панели из композиционного материала

Изобретение относится к способам изготовления трехслойных панелей из композиционного материала и может быть использовано для получения панелей авиационной и космической техники, например для изготовления корпусных деталей фюзеляжа самолета. При формировании первой обшивки трехслойной панели по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564952
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.10.2015
№216.013.853c

Способ изготовления сотового заполнителя

Изобретение относится к способу изготовления сотового заполнителя из стеклоткани и может быть использовано в ракето-, самолето- и судостроении, строительной, мебельной и упаковочной промышленности при изготовлении трехслойных конструкций сложной кривизны. Способ включает нанесение клеевых полос...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565711
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.12.2015
№216.013.9b89

Способ тепловых испытаний обтекателей ракет из неметаллических материалов

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано для проектирования аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Предлагаемый способ воспроизведения аэродинамического нагрева...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571442
Дата охранного документа: 20.12.2015
27.02.2016
№216.014.bf1e

Способ получения полидисперсного порошка карбида бора

Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно к карботермическому способу получения полидисперсных порошков карбида бора, предназначенных для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики. Способ включает смешивание борной кислоты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576041
Дата охранного документа: 27.02.2016
10.05.2016
№216.015.3bbc

Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях. Сущность: осуществляют воспроизведение аэродинамического силового и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583353
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.05.2016
№216.015.3f07

Способ контроля узла соединения керамического обтекателя

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА). Сущность: осуществляют силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения. Силовое нагружение прилагают вдоль оси симметрии обтекателя через пуансон с упругой прокладкой, наружная поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584439
Дата охранного документа: 20.05.2016
13.01.2017
№217.015.6b5c

Устройство для измерения толщины стенки детали типа оболочка вращения

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, а именно к устройствам для измерения толщины стенок пустотелых деталей вида оболочек вращения. Устройство для измерения толщины стенки детали типа оболочка вращения содержит основание с направляющими, на котором размещены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592725
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.6c04

Клиновое соединение

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения полых трубчатых деталей и узлов конструкций ракет, эксплуатируемых в условиях воздействия высоких температур и вибраций, и направлено на повышение надежности соединения деталей и снижение трудоемкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592767
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.70c9

Способ получения высокотермостойкого радиопрозрачного материала (изделия) на основе фосфатного связующего и кварцевой ткани

Изобретение относится к области получения высокотермостойких радиопрозрачных материалов. Технический результат изобретения заключается в защите стеклоткани от термодеструкции, обеспечении диэлектрических и прочностных характеристик материала в режимах одностороннего нагрева до 1200°C при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596619
Дата охранного документа: 10.09.2016
Показаны записи 1-10 из 154.
27.01.2013
№216.012.2140

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет из пористой керамики. Технический результат заключается в упрощении конструкции и технологии изготовления антенного обтекателя из пористой керамики....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474013
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24d6

Антенный обтекатель

Заявленное изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет из керамики. Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение радиотехнических характеристик керамических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474932
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.04.2013
№216.012.3841

Установка для свч-обработки сыпучих продуктов или материалов

Изобретение относится к СВЧ-технике, а именно к установкам, предназначенным для тепловой обработки различных сыпучих продуктов. Установка содержит рабочую камеру, подключенную к СВЧ-генератору, загрузочное и разгрузочные устройства, размещенные диаметрально противоположно на верхней и нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479954
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.09.2013
№216.012.70b5

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области создания конструкций антенных обтекателей высокоскоростных ракет с оболочками из жаростойких керамических материалов. Технический результат - обеспечение работоспособности антенного обтекателя для условий одновременного удовлетворения воздействию превалирующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494504
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.11.2013
№216.012.8649

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может использоваться преимущественно в конструкциях высокоскоростных ракет различных классов. Технический результат - увеличение длительности эксплуатационного режима за счет сохранения прочности соединения металл-керамика при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500055
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.89f8

Способ определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных керамических и стеклообразных материалов с учетом их прозрачности. Способ включает нестационарный нагрев поверхности образца в виде пластины радиационными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501002
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.03.2014
№216.012.a959

Способ получения кварцевой керамики с повышенной излучательной способностью

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения, работающих в условиях воздействия высокотемпературных газовых потоков. Техническим результатом изобретения является снижение водопоглощения и повышение прочности и коэффициента черноты изделий. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509068
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.04.2014
№216.012.b8f0

Способ получения высокоплотного водного шликера на основе кварцевого стекла

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при изготовлении изделий из кварцевой керамики методом водного шликерного литья в пористые формы. Предложен способ получения высокоплотного водного шликера на основе кварцевого стекла путем его помола в шаровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513072
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.ba2d

Способ изготовления антенного обтекателя из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа керамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет. Техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления и снижение температуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513389
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.05.2014
№216.012.c33a

Способ изготовления изделий из кварцевой керамики

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения из кварцевой керамики. Технический результат изобретения - повышение прочности и снижение пористости изделий из кварцевой керамики при сохранении других характеристик на высоком уровне. Предложен способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515737
Дата охранного документа: 20.05.2014
+ добавить свой РИД