一、实验核心目的
该实验旨在获取材料在极端低温（-194°C，接近液氮沸点）环境下的压缩力学性能，包括：
抗压强度：材料在低温下所能承受的最大压应力。
屈服强度：材料发生永久形变时的应力值。
弹性模量：材料在低温下的刚度。
断裂应变：材料在低温下的延展性或脆性。
观察破坏模式：材料是发生韧性变形还是脆性断裂。
二、为何是-194°C？应用场景
这个特定温度直接关联于以下高科技领域：
航空航天：
液氧/液氢火箭发动机燃料储箱：液氧温度为-183°C，液氢低至-253°C。储箱材料必须在超低温下保持强度和韧性，防止因低温脆性而破裂。
太空探测器结构件：模拟深空接近绝对零度的极端环境。
能源与化工：
液化天然气（LNG）储运设备：LNG的储存温度约为-162°C。
液氮/液氦相关设备：直接应用于液氮（沸点-196°C）环境。
空气分离等化工流程：涉及极低温的工艺设备。
前沿材料研究：
超导材料：评估超导材料在服役低温下的机械完整性。
高性能复合材料：验证碳纤维增强复合材料（CFRP）等在低温下的性能表现。
金属材料的低温韧性：防止类似“泰坦尼克号”的低温脆断事故。
三、实验注意事项
这部分是实验成功与否的关键，极具视觉冲击力和教育意义。
1. 人身安全防护（最高优先级！）
严重冻伤风险：-194°C的金属表面或液氮蒸汽会瞬间导致皮肤和组织严重损伤。
必须佩戴：专用防冻手套（皮质或厚绝缘手套）、护目镜或面罩、长袖实验服和不露脚趾的鞋子。
严禁徒手接触任何低温下的样品、夹具或容器。
窒息风险：液氮剧烈汽化会大量置换空气中的氧气，在通风不良的室内可能导致缺氧窒息。
必须在通风良好的实验室进行，最好配备氧气浓度监测仪。
爆炸与飞溅风险：密封样品中的残留水分或空腔可能在低温下结冰膨胀或因液氮急剧汽化而引发破裂。
样品设计应避免密闭空腔。
设备应配备防护罩或防爆罩，尤其在测试过程中。
2. 样品制备与安装
材料选择：明确测试对象（金属、复合材料、塑料等）。许多材料在低温下会从韧性变为脆性。
尺寸精度：样品尺寸需符合标准（如ASTM E9），并在室温下精确测量。低温会使样品收缩。
表面标记：在室温下做好引伸计刀口标记（如果使用接触式引伸计），低温下无法操作。
对中至关重要：将样品精确安装在上、下压盘之间，确保载荷沿轴线方向施加。任何错位都会在脆性低温下导致应力集中和过早断裂，使数据作废。
3. 冷却过程控制（关键步骤）
避免热冲击：禁止将室温样品直接投入液氮中。剧烈的温度梯度会使其产生微裂纹甚至直接断裂。
正确方法：采用可控速率冷却。将样品置于液氮蒸汽区缓慢冷却，或使用 programmable 环境箱以一定速率（如 5°C/min）从室温降至目标温度。
温度均匀与稳定：确保样品心部温度也达到并稳定在-194°C后再开始加载。这需要足够的保温时间。温度波动会严重影响数据准确性。
4. 数据采集的独特挑战
引伸计的抉择：
接触式引伸计：需使用专门设计的低温引伸计，普通引伸计的刀口和弹簧在低温下会失效。
非接触式视频引伸计：是最佳选择，通过光学测量变形，无接触、无低温干扰问题，但需确保镜头不被低温雾气遮挡。
传感器校准：载荷传感器和引伸计最好能在低温环境下进行校准，以排除热误差。
5. 设备要求
高刚度万能试验机：需配备低温环境箱。
冷却系统：通常需要液氮罐和一套自动输送系统，能根据设定程序向环境箱内喷射液氮以控制和维持低温。
专用夹具：压盘和夹具材料（如不锈钢）需能在低温下保持性能，避免脆性断裂。
