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從 - 190℃到 1200℃:重光FMS構建材料力學性能的全溫域表征體系

發布時間:2025-5-27      點擊次數:105

在航天器返回艙穿越大氣層時,外殼材料需承受 - 120℃的太空低溫與 2000℃的氣動熱沖擊,同時抵抗高速氣流的力學沖刷;在鋰電池快充場景中,電極封裝材料面臨 80℃高溫下的循環應力,微裂紋的萌生可能引發熱失控。這些極端環境下的材料性能挑戰,唯有高低溫原位力學測試技術能精準破解 —— 它如同 “材料的 CT 掃描儀”,在溫度與應力的耦合場中,揭示微觀損傷與宏觀性能的內在關聯。

一、原位力學變溫測試:材料科學的 “極端環境顯微鏡”

傳統力學測試往往在室溫下進行,而真實工況中,溫度是改變材料力學行為的核心變量:

低溫脆性閾值:鋼鐵材料在 - 50℃以下,沖擊韌性可能下降 70% 以上,導致橋梁、船舶結構脆斷; 

高溫蠕變極限:渦輪葉片合金在 900℃時,持續載荷下的蠕變應變速率比室溫高 1000 倍,直接影響航空發動機壽命;

聚合物相變應力:塑料在玻璃化轉變溫度(如 - 30℃)附近,彈性模量驟降引發裝配間隙變化,導致電子器件失效?!?/p>

原位測試的核心優勢在于 “實時性” 與 “可視化”:通過將溫度場與拉伸 / 壓縮 / 疲勞載荷同步施加于樣品,結合顯微觀測(如光學顯微鏡、掃描電鏡),實時捕捉材料從微裂紋萌生到宏觀斷裂的全過程。例如,某高鐵輪軌材料研究中,傳統測試未發現低溫性能異常,而原位變溫測試揭示其在 - 40℃拉伸時,晶界處因溫度梯度產生應力集中,導致斷裂強度下降 30%。

  

二、重光科技 FMS 系統:重新定義變溫力學測試標準

武漢重光科技依托華中科技大學科研實力,推出高低溫原位力學測試系統(FMS),專為解決極端環境下的材料力學表征難題。該系統融合高精度溫控、多模式力學加載與顯微觀測兼容性,正逐步成為航空航天、新能源、高分子材料等領域的核心研究工具之一。

FMS-電腦畫面已P.jpgCongtical高低溫原位力學測試系統(FMS)

1. 寬溫域覆蓋:-190℃至 1200℃的極限挑戰

FMS 系統提供雙溫區解決方案:

超低溫端(選配液氮組件):最低可達 - 190℃,通過液氮直冷技術實現毫秒級降溫,適用于超導材料、深冷合金的力學性能研究;

高溫端:最高溫度 1200℃(型號 FMS-5K-600),采用鉑絲加熱器與 S 型熱電偶,控溫精度 ±0.1℃,滿足航空航天高溫合金的蠕變測試需求。

關鍵參數:

溫度分辨率 0.1℃,溫度均勻性誤差≤1%,優于行業標準 2 倍;

最大升溫速率 100℃/min,支持快速變溫下的動態力學響應捕捉。

2. 多模式力學加載:從微力到重載的全場景適配

系統提供拉伸、壓縮、疲勞、高溫蠕變四種測試模式,搭載高精度力學傳感器:

微力測試(FMS-500 系列):最大拉力 500N,分辨率 0.1N,適用于納米材料、薄膜樣品的力學性能表征;

重載測試(FMS-5K 系列):最大拉力 5000N(5KN),分辨率 1N,可對金屬構件、復合材料進行工程級強度測試;

位移控制精度:最小位移分辨率 1μm,支持慢應變速率測試(0.5mm/min),精準模擬材料的漸進損傷過程。

3. 原位顯微觀測:微觀損傷的 “實時直播”

FMS 系統設計緊湊,可無縫對接光學顯微鏡、掃描電鏡(SEM)等觀測設備:

光學兼容性:配備 Φ22mm 觀察窗(石英材質),支持超長工作距離物鏡(最小工作距離 8mm),實時記錄樣品表面裂紋擴展;

真空環境適配:可選配真空組件(真空度≤1Pa),避免高溫下材料氧化對測試結果的干擾,適用于稀土永磁、活性金屬研究。

4. 智能化軟件:從數據采集到分析的全流程賦能

微信圖片_20250306152726.pngFMS軟件界面

高低溫力學測試.png某樣品測試結果

多參數同步采集:實時記錄溫度、力值、位移、應變數據,支持每秒 2 次高頻采樣,捕捉瞬態力學響應;

自定義測試程序:可編輯溫度 - 載荷循環曲線(如 “-80℃→室溫→150℃” 三溫區疲勞測試),滿足復雜工況模擬。

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