一、实验目的
本实验旨在利用快速温变箱模拟温差骤变环境,检测石英玻璃在这种环境下的物理性变化,包括尺寸稳定性、热膨胀系数、硬度、强度等方面的变化,为石英玻璃在不同温度环境下的应用提供数据支持。
二、实验设备
快速温变箱:能够快速实现温度变化,温度范围覆盖所需测试的低温和高温区间。
石英玻璃试样:准备不同规格和形状的石英玻璃试样。
尺寸测量工具:如卡尺、千分尺、光学测量仪等,用于测量石英玻璃试样在不同温度下的尺寸变化。
热膨胀系数测试仪:用于测量石英玻璃的热膨胀系数。
硬度测试仪:如维氏硬度计、洛氏硬度计等,用于测量石英玻璃的硬度。
万能试验机:用于测试石英玻璃的强度。
三、实验步骤
实验前准备
(1)检查快速温变箱的工作状态,确保其能够正常运行并实现快速温度变化。
(2)对石英玻璃试样进行编号,并测量其初始尺寸、硬度和强度等参数,记录数据。
(3)根据实验要求,确定快速温变箱的温度变化范围和变化速率。
低温测试
(1)将一部分石英玻璃试样放入快速温变箱中,设置试验箱温度为所需的低温值,如 - 50℃。
(2)以设定的温度变化速率将试验箱温度快速降低至低温值,并保持一定时间,如 1 小时,以确保试样充分冷却。
(3)在低温环境下,使用尺寸测量工具测量石英玻璃试样的尺寸变化,记录数据。
(4)使用硬度测试仪和万能试验机分别测试石英玻璃试样的硬度和强度,记录数据。
高温测试
(1)将另一部分石英玻璃试样放入快速温变箱中,设置试验箱温度为所需的高温值,如 500℃。
(2)以设定的温度变化速率将试验箱温度快速升高至高温值,并保持一定时间,如 1 小时,以确保试样充分加热。
(3)在高温环境下,重复低温测试中的尺寸测量、硬度测试和强度测试步骤,并记录数据。
温差骤变测试
(1)将石英玻璃试样放入快速温变箱中,设置温度变化程序,如从低温 - 50℃快速升高至高温 500℃,然后再快速降低至低温,循环多次。
(2)在每次温度变化后,使用尺寸测量工具、硬度测试仪和万能试验机分别测量石英玻璃试样的尺寸、硬度和强度变化,记录数据。
(3)观察石英玻璃试样在温差骤变过程中的外观变化,如是否出现裂纹、变形等现象。
热膨胀系数测试
(1)使用热膨胀系数测试仪对石英玻璃试样进行热膨胀系数测试。
(2)将试样加热至不同温度,测量其在不同温度下的长度变化,计算热膨胀系数。
(3)比较不同温度下石英玻璃的热膨胀系数变化,分析其与温度的关系。
实验结束
(1)关闭快速温变箱,待其温度降至室温后,取出石英玻璃试样。
(2)对试样进行终的尺寸测量、硬度测试和强度测试,与初始数据进行比较,分析其物理性变化。
(3)整理实验数据,撰写实验报告,总结石英玻璃在温差骤变环境下的物理性变化规律。
四、实验注意事项
在进行快速温变测试时,应确保石英玻璃试样与测试设备的连接稳定可靠,避免因温度变化而导致试样脱落或损坏。
快速温变箱在运行过程中,应注意观察其温度变化和工作状态,如有异常情况应及时停机检查。
在取出石英玻璃试样进行测试时,应佩戴防护手套,避免因温度过高或过低而烫伤或冻伤。
实验过程中应严格遵守安全操作规程,避免发生电气事故和其他安全事故。
五、实验结果分析
根据尺寸测量数据,分析石英玻璃在不同温度下的尺寸稳定性,计算其热膨胀系数。
比较石英玻璃在低温、高温和温差骤变环境下的硬度和强度变化,评估其力学性能的稳定性。
观察石英玻璃试样在温差骤变过程中的外观变化,分析其抗热冲击性能。
结合实验数据和实际应用需求,提出石英玻璃在不同温度环境下的使用建议和注意事项。