该测量装置的结构示意图见图1。该装置主要由加载系统、加热系统、测控系统和数据采集处理系统组成。可实现对耐火材料加热过程或恒温过程中施加压应力，并通过测控系统来设定不同的加热-加载-应变耦合控制模式，测量并记录在试验过程中耐火材料的变形过程，分析获得其压蠕变率、高温耐压强度、荷重软化开始温度及膨胀力等高温力学性能参数。

        1.1 加载系统

        加载系统由四立柱螺旋式试验机、试样支撑底座和上加压棒组成。四立柱试验机最大载荷为20 k N;立柱上设计有导向滑动底座，加热炉及试样支撑底座固定在该滑动底座的轴心上，以保证加载过程中试样始终受到垂直方向的应力。试样支撑底座及上加压棒选用刚玉材质或其他耐高温且具有足够强度的材料。上加压棒与试样支撑座同轴，其下端设计有球面活动适配组件，以消除试样端面加工误差对测试结果的影响。

        3 应用实例

        3.1 长时间压蠕变试验

        图4示出了刚玉-莫来石砖在1 400℃、0.2 MPa应力下保温300 h过程中的蠕变曲线。由图4可以看出:如果按照标准的压蠕变试验条件，只保温50 h，则其所测得的压蠕变率约为0.15%，表现出优异的抗蠕变性能。但是，延长保温时间到300 h时，压蠕变率则达到0.35%。由此可见，采用超长时间压蠕变试验，可以为实际工程应用提供更具参考价值的数据。

        3.2 热应力测试

        长期以来，热应力只能通过理论计算或采用有限元软件进行模拟得到，缺少实测结果。采用图2(a)所示的模式可以检测在试样热膨胀受到约束时试样所受到的热应力，或称之为“膨胀力”。采用该模式获得镁铁尖晶石砖在加热至370℃的过程中保持其应变为0的条件下的载荷-温度曲线，见图5。可以看出:加热至300℃时试样受到的热应力约为3 MPa,370℃时热应力则增大至约5 MPa，表明试样受到的热应力随温度的升高加速增大。

        3.3 循环加载试验

        耐火材料所服务的高温冶金工业的很多生产流程呈现周期性作业的特点。例如，钢包的充装钢水(升温-加载)-运输保温(温度和应力恒定)-倒出钢水(降温-卸载)过程中，其内衬耐火材料受到增大-恒定-减小的静载荷和热应力的双重作用。图2(e)所示的模式正是为了模拟这种情况。图6给出了高铝砖在加热到1 200℃保温后，以恒定速率对其施加载荷至5.6 k N，保载10 min后再以同样的速率卸载至0 k N。如此循环5次，记录此过程中试验机加载横梁的位移，以表征试样的变形过程。从图6可以看出:在周期性变化载荷的作用下，耐火材料的变形也呈周期性变化;但是，在经过每个周期的载荷作用后，试样的变形均不能回到原始的起点(初始位置)，而且在保载过程中横梁位移在减小，表明试样在保温过程中持续膨胀，推动横梁向下移动。由此可见，用试验机横梁位移来表征试样的变形过程存在不足，下一步应研究直接测量试样的变形。

        3.4 变载荷应变试验

        在服役期间，由于工况的改变，耐火材料受到的载荷也可能发生变化。对高铝砖进行了恒温-变应力条件下的应变测试，在预加载5 MPa应力升温至1 100℃保温1 h后开始测量试样的变形，结果见图7。可以看出:在2～5.2 h时间内，试样发生了约0.44%的变形;随后载荷提高到6 MPa，在1.4 h内试样的变形增加了0.20%;进一步提高载荷至7 MPa，则试样的变形速率显著增大。

        4 小结

        通过合理选配加载系统、加热系统、测控系统和数据采集处理系统的硬件设施，开发应力-应变-温度三个主要参数互为闭环的控制软件，自制了加载应力高达20 MPa，加热温度可达1 600℃，最长保温时间长达300 h，能够实现恒应变-升温-应力测试、恒应力-升温-应变测试、恒温-恒应力-应变测试、恒温-单调增大应力-应变测试、恒温-周期应力-应变测试、恒温-变应力-应变测试等6种试验模式的测试装置。该装置还具备开放的软件参数设置环境，可实现面向用户需求的自定义试验条件设定。