适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件的制作方法

1.本技术属于材料性能试验技术领域，特别涉及一种适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件。


背景技术：

2.当采用平板试验件进行材料热学性能测试时，需要在试验件中实现一维传热，即对试验件的某一表面进行加热，同时在其他非加热面上模拟绝热边界条件。其中，对非加热面绝热边界条件模拟的准确度直接关系到近似一维传热能否实现，并最终影响到热学性能测试结果准确性。
3.目前，在试验件一维传热试验中，试验件非加热面采用包覆热导率远小于试验件的绝热材料，依靠试验件与绝热材料间的热导率之差近似模拟绝热边界条件，绝热材料与试验件之间热导率的差距越大，对绝热边界条件的模拟越精确。但对于防隔热材料，其热导率与测试中常用的绝热材料处于同一数量级，导致这一方法无法准确模拟测试所需的绝热边界条件，进而引起试验测试结果可信度低等问题，当测试温度达到1500℃及以上时，这些问题表现得尤为突出。
4.此外，考虑到降温过程中防隔热材料的热学性能测试需求，还需在试验件热面进行快速降温冷却，目前尚无被成熟的试验件热面主动冷却设计。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
6.本技术的技术方案是：适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，所述隔热框组件包括：框体和隔热盖板，其中：
7.所述框体内部沿着厚度方向设有两个适配于试验件外形的台阶状形孔，在较小一侧的台阶状形孔上沿着厚度方向设有整圈的环形凸起，所述环形凸起与较小一侧的台阶状形孔侧壁具有间隙，所述间隙用于试验件置于框体内时形成空气夹层；
8.所述隔热盖板包括盖板本体，自所述盖板本体上延伸形成有整圈的环形凸台，所述试验件置于所述隔热盖板上时，在所述隔热盖板的环形凸台外侧形成空气夹层，在所述环形凸台内侧形成空气隔热层。
9.在本技术优选实施方式中，所述框体内较小一侧的台阶状形孔侧壁上设有至少一排的冷却孔，通过所述冷却孔实现对试验件热面进行降温冷却。
10.在本技术优选实施方式中，所述台阶状形孔包括方形、矩形和圆形。
11.在本技术优选实施方式中，所述环形凸起与所述环形凸台的外侧距离等于所述试验件的边长。
12.在本技术优选实施方式中，所述环形凸起与所述环形凸台的宽度相等。
13.在本技术优选实施方式中，所述框体采用氧化锆陶瓷材料加工形成。
14.在本技术优选实施方式中，所述隔热盖板采用氧化锆陶瓷加工形成。
15.本技术提供的隔热框组件采用低热导率的空气夹层模拟测试所需的绝热边界条件，相较于目前常用的绝热材料，可在1500℃以上超高温加热条件下对绝热边界条件模拟的更为准确，测试结果的可信度也更高；此外，本技术中考虑到防隔热材料快速降温模拟需求，在框体上设置了冷却孔的主动冷却设计，从而无需在各种试验中进行单独的快速降温设计，提高了试验效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
17.图1为本技术的隔热框组件结构示意图。
18.图2为本技术的隔热框组件剖面示意图。
19.图3为本技术中的框架及其尺寸示意图。
20.图4为本技术中的隔热盖板结构示意图。
21.图5为本技术中的隔热盖板剖面及尺寸示意图。
具体实施方式
22.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
23.为了改善现有超高温加热下防隔热材料性能测试中，对非加热面绝热边界条件模拟精度差、测试结果可信度低等问题，本技术中通过采用在试验件周围设计空气夹层来进行绝热，以提高绝热边界条件模拟的准确度，从而提升1500℃以上超高温条件下性能测试结果的可信度，并进行主动冷却设计，实现试验件快速降温模拟。
24.如图1至图5所示，本技术提供的适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件主要包括框体1和隔热盖板2，试验件3设置在框体1和隔热盖板2之间。
25.其中，试验件3根据测试需求进行加工。在本技术该实施例中，试验件3为方形板状结构，其边长为l、厚度为d。可以理解的是，本技术中的试验件3还可以为其它形状——例如圆形，当试验件3为圆形时，框体1和隔热盖板2的形状进行相应改变，以下内容以试验件3为方形板状结构为例进行叙述，对于其它形状的试验件3不在赘述。
26.框体1整体上适配于试验件3形状的方形结构，框体1的内部沿厚度方向同样设有适配试验件3形状的两个台阶方形孔14，台阶方形孔14以框体1的中心设置。
27.其中，在框体1靠近上侧面的台阶方形孔14a上设有整圈的环形凸起15，环形凸起15向框体1下侧面方向延伸。
28.在本技术优选实施例中，环形凸起15的截面为矩形。环形凸起15距该台阶方形孔14a的侧壁具有一定距离，该距离在试验件3安装在框体1内时，在试验件3的侧边形成空气夹层12。例如，在本技术一实施例中，上述距离可以为5mm，从而在试验件3的周围形成均为5mm的空气夹层12。
29.进一步的，环形凸起15的外侧面距离等于试验件3的边长l。
30.框体1靠近下侧面的台阶方形孔14b的内壁面间距适配于隔热盖板2的外轮廓。
31.此外，在框体1的内壁面上侧设置有至少一排的冷却孔11，在防隔热材料性能测试中，通过向冷却孔11内通入冷却气体，冷却气体进而吹向试验件3的热面，从而对试验件3的热面进行快速降温冷却，实现快速降温条件下的防隔热材料性能测试。例如，在本技术一实施例中，上述冷却孔11可以为圆形孔，其数量设置为5个。
32.隔热盖板2包括盖板本体21和自盖板本体21向上延伸出的整圈的环形凸台22，环形凸台22距离盖板本体21的边缘具有一定距离，当试验件3安装在隔热盖板2上时，在试验件3的侧边形成密闭的空气夹层12，同时在试验件3底部与隔热盖板2之间形成空气隔热层13。
33.在本技术优选实施例中，环形凸台22的截面也为矩形。
34.试验时，隔热盖板2放置在水平表面上，试验件3放置在隔热盖板2上方，试验件3的外轮廓与隔热盖板2的环形凸台22的外轮廓对齐，框体1套在隔热盖板2和试验件3上，在试验件3的上表面施加温度载荷即可。
35.本技术中，通过将框体1、隔热盖板2和试验件3进行配合，并在框体1与试验件3之间、隔热盖板2与试验件3之间形成密闭的空气夹层12，同时在试验件3底面与隔热盖板2之间形成密闭的空气隔热层13，由于空气夹层12及空气隔热层13的厚度较小，空气夹层12及空气隔热层13内的换热以热传导为主，而空气夹层12及空气隔热层13内气体的热导率通常较防隔热材料低一个数量级，因此本技术提供的隔热框组件可在低热导率的防隔热材料的性能测试中，近似实现非加热表面绝热边界条件的准确模拟。
36.为了实线上述过程，在本技术优选实施例中，框体1可由氧化锆陶瓷材料加工而成，可以阻止空气夹层12内部空气与外界发生热交换。同样的，隔热盖板2也可由氧化锆陶瓷加工而成，可与试验件3形成空气夹层或空气隔热层。
37.本技术提供的隔热框组件采用低热导率的空气夹层模拟测试所需的绝热边界条件，相较于目前常用的绝热材料，可在1500℃以上超高温加热条件下对绝热边界条件模拟的更为准确，测试结果的可信度也更高；此外，本技术中考虑到防隔热材料快速降温模拟需求，在框体上设置了冷却孔的主动冷却设计，从而无需在各种试验中进行单独的快速降温设计，提高了试验效率。
38.本技术提供的隔热框组件结构简单、安装方便、通用性强，可应用于各类防隔热材料不同尺寸试件在高温、超高温条件下的性能测试。
39.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，其特征在于，所述隔热框组件包括：框体和隔热盖板，其中：所述框体内部沿着厚度方向设有两个适配于试验件外形的台阶状形孔，在较小一侧的台阶状形孔上沿着厚度方向设有整圈的环形凸起，所述环形凸起与较小一侧的台阶状形孔侧壁具有间隙，所述间隙用于试验件置于框体内时形成空气夹层；所述隔热盖板包括盖板本体，自所述盖板本体上延伸形成有整圈的环形凸台，所述试验件置于所述隔热盖板上时，在所述隔热盖板的环形凸台外侧形成空气夹层，在所述环形凸台内侧形成空气隔热层。2.如权利要求1所述的适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，其特征在于，所述框体内较小一侧的台阶状形孔侧壁上设有至少一排的冷却孔，通过所述冷却孔实现对试验件热面进行降温冷却。3.如权利要求1或2所述的适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，其特征在于，所述台阶状形孔包括方形、矩形和圆形。4.如权利要求1或2所述的适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，其特征在于，所述环形凸起与所述环形凸台的外侧距离等于所述试验件的边长。5.如权利要求4所述的适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，其特征在于，所述环形凸起与所述环形凸台的宽度相等。6.如权利要求4所述的适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，其特征在于，所述框体采用氧化锆陶瓷材料加工形成。7.如权利要求4所述的适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，其特征在于，所述隔热盖板采用氧化锆陶瓷加工形成。

技术总结
本申请提供了一种适用于超高温加热下防隔热材料性能测试的隔热框组件，包括框体和隔热盖板，其中：框体内部沿着厚度方向设有两个适配于试验件外形的台阶状形孔，在较小一侧的台阶状形孔上沿着厚度方向设有整圈的环形凸起，环形凸起与较小一侧的台阶状形孔侧壁具有间隙，间隙用于试验件置于框体内时形成空气夹层；隔热盖板包括盖板本体，自盖板本体上延伸形成有整圈的环形凸台，试验件置于隔热盖板上时，在隔热盖板的环形凸台外侧形成空气夹层，在环形凸台内侧形成空气隔热层。本申请的隔热框组件采用低热导率的空气夹层模拟测试所需的绝热边界条件，相较于目前采用绝热材料，可在1500℃以上超高温加热条件下对绝热边界条件模拟的更为准确。件模拟的更为准确。件模拟的更为准确。


技术研发人员：张仡 李世平 张佳斌 赵俊东 王刘伟 姚智杰
受保护的技术使用者：中国飞机强度研究所
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/17