技术动态

超高温环境下多物理场耦合应变的光学精准测量方法

一、背景

高温试验,其温度范围涵盖中温(200-800℃)、高温(800-1600℃)和超高温(>1600℃)三大区间。‌随着高温合金、陶瓷基复合材料等先进材料的快速发展,材料在超高温环境下的力学行为研究已成为航空发动机热端部件、高能动力电池等关键技术突破的核心瓶颈。

超高温环境下,基于光学原理的非接触应变测量技术因其非接触、高精度优势,成为材料力学行为研究的核心手段。然而超高温辐射、湍流扰动等复杂物理效应,使光学测量面临前所未有的技术挑战。

图1 火箭燃料燃烧

二、光学应变测量的困境

在超高温环境下进行光学精准应变测量,科研人员面临着诸多难题,但主要挑战如下:

(一)热辐射干扰

在1600℃以上超高温试验中,热辐射干扰会导致应变测量系统的不确定度提升至常规温度的3-5倍,这是当前超高温力学测试的主要误差来源之一。

图2 黑体辐射示意

(二)散斑图案稳定性

传统散斑涂层在超过1200℃时会发生相变和烧结,导致涂层与基体结合强度下降60%以上,使DIC测量标记在热循环过程中产生剥落失效。

图3 传统涂层不同温度下散斑对比

(三)气体扰流(热晕)

保护气体在超高温下形成湍流边界层,诱发局部折射率梯度变化,导致高温应变系统产生亚像素甚至像素级的实时图像偏移误差。

图4 气体扰流示意

三、应对

‌面对这些挑战,联恒光科凭借深厚的技术底蕴和创新能力,提出了全面而有效的解决方案:

(一)光谱平衡技术

联恒光科利用先进的光谱分析技术,精准解析超高温环境下的热辐射干扰光谱,结合自主研发的光谱选择性抑制技术,高效滤除热辐射干扰,确保在超高温条件下获取高质量的图像数据。

图5 热辐射抑制前后对比

(二)高温散斑制备工艺

联恒光科通过等离子喷涂及耐高温涂层等创新工艺,开发出在超高温环境下保持稳定、清晰的散斑图案,为高精度应变测量提供可靠的标记保障。

图6 超高温等离子散斑

(三)气体扰流控制技术

结合硬件调整与算法优化,联恒光科有效降低了气体扰流对应变测量的影响,确保测量结果的准确性和稳定性。

图7 降低气体扰流方法

(四)先进DIC技术设备

联恒光科自主研发的DIC技术设备,具备高精度、宽测量范围及长时间稳定运行的特点,能够在超高温环境下实现应变的精准测量。

图8 部分超高温应变采集设备

四、技术优势亮点

(一)非接触式测量

避免了传统引伸计因热膨胀或接触失效导致的测量误差,确保了高温下测量的准确性。

图9 超高温测量现场

(二)全场应变分析

提供试件表面的全场应变数据,有助于更全面地了解材料在高温下的变形机制。

图10 试样全场应变分析

(三)高温适应性

支持高达2600°C的测量温度,满足航空航天、汽车、能源等领域对极端高温环境的测试需求。

图11 航空材料2000℃真空高温试验

(四)灵活定制

根据客户的具体需求,提供从光源选择、散斑图案制备到数据分析的全流程定制服务。

五、结语

在探索超高温材料性能的科研征程中,联恒光科作为数字图像相关(DIC)技术的领航者,以其卓越的技术实力和创新能力,为科研人员和企业工程师提供了强大的技术支持。
随着联恒光科超高温应变测量技术的持续创新与广泛应用,将有力推动超高温材料研究实现从定性分析到定量表征的跨越式发展,为材料科学领域的突破性进展提供关键技术支撑。