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现有客户委托对一种材料进行热膨胀系数进行测量,说是微晶玻璃,据说热膨胀系数非常小,想用这种材料做长度计量中的量块材料。用顶杆法测量后,测试数据在零附近无规则波动,甚至出现负值,顶杆法测不出随温度变化的热膨胀系数 查过资料后,发现微晶玻璃是一种低膨胀系数材料,对这种低膨胀材料需要采用激光干涉法才能进行测量,国内哪家机构有这激光干涉法热膨胀仪呢?迫切需要进行测试,温度范围25~100℃。急需。。。谢谢!!!
热膨胀仪用于测量样品随温度变化而产生的膨胀;测量样品随温度或时间变化的函数关系,测得样品长度变化(Delta L)或CTE值(热膨胀系数)的膨胀信息。激光热膨胀--未来热膨胀测量技术的趋势—高精度和高分辨率。L75 激光热膨胀仪的优越性体现在精度是传统顶杆热膨胀仪的33倍。测量原理是麦克尔逊(Michelson)干涉计,因而消除了系统误差,专利保护的测量技术可以研究最新的高科技超低膨胀材料(ULE),Linseis成功地将最新的技术应用于此系列热膨胀仪和优化设计系统,使之易用性和传统的热膨胀仪一样。相变热膨胀仪--L78 RITA 是特别适合于研究和测量TTT,CHT和CCT图表。特殊的加热炉可以加热和制冷速度高于400°C/s。系统符合标准 ASTM A1033。所有的关键参数,如加热制冷速度,气体控制和安全保护都通过软件控制。专业的32-Bit 软件 Linseis TA- WIN 兼容Windows 系统,所有的常规(如TTT,CHT和CCT图表的建立)和应用要求可以通过仪器的软件包来实现。图解和ASCII格式可以输出,方便用户测量数据和图表导出。
摘要:航天器用各种大尺寸构件都普遍要求超低膨胀系数以保证构件尺寸的稳定性,传统热膨胀系数测试只针对长度100mm以下的小试样,已无法满足长度1m以上大尺寸构件的超低热膨胀系数测量,多数航天器用大尺寸构件需要精确测量整个构件的超低热膨胀系数。本文对美国波音公司在太空望远镜大尺寸桁架超低热膨胀系数整体测量方面的研究工作进行了综述,以了解国外技术发展状况,给今后开展此方面工作提供参考和借鉴。1. 前言 在太空运行的各种航天器,由于没有大气层的保护,其环境温度变化很大,受阳面温度可高达上百摄氏度,而被阳面温度却在零下几十摄氏度。因此,航天器在空间环境中,由于材料的热膨胀,会引起航天器结构的尺寸变化。但是从航天器的某些部件和仪器的技术要求考虑,希望航天器的某些结构的稳定性要好,这一点对通讯卫星天线结构及敏感元件、太空望远镜的镜筒支架等的使用和安装尤为重要。尤其是卫星和望远镜桁架结构更要求其在一定的环境温度变化范围内不因热应力产生变形或者变形极小,即所谓零膨胀。 传统热膨胀系数测试只针对长度100mm以下的小试样,已无法满足大尺寸构件的超低热膨胀系数测量。为适应航天器制造的要求,特别是对于以1m以上长度的E-08/K量级材料热膨胀系数需要更加准确的测试。因此,研究航天器用复合材料工程构件的超低膨胀测试方法和相应的测试设备,具有重要的科学意义和实用价值。 本文将介绍美国波音公司在太空望远镜桁架超低热膨胀系数测试方法和测试设备方面所开展的工作。2. 波音公司激光干涉法第一代热膨胀系数测试技术 早在1971年波音公司的Bond等人就开始研究一种用于监测大直径天线在空间模拟腔体内动态行为的多通道激光干涉法测试技术【1】,其中采用了可反转条纹计数技术来测量安装在试验箱体外测量装置与安装在腔体内天线上7个光学反射镜之间的距离。 试验腔外测试仪器距离腔体内部天线的距离将近5m,干涉仪采用了Twyman-Green干涉仪,其中参考光束的相位在13.5kHz频率处进行调节以便对每个通道进行可反转条纹计数,每根条纹计数对应的距离变化增量为7.9nm(0.125倍激光波长),整个光学系统结构如图 2-1所示。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252327_615105_3384_3.png图 2-1 多通道激光干涉仪光学系统结构示意图 基于上述技术,波音航空公司在1974年至1975年期间针对大型空间望远镜(LST)项目中的石墨环氧测量支架进行了热膨胀系数测试考核【2】。具体测试考核包括了两方面的内容,一方面是测试管状支架和H型支架的热膨胀系数,另一方面是对管状支架热膨胀系数进行了热循环效应考核。 热膨胀系数测试试件为91.44厘米长的截面分别为圆形和H型的管材,被测试件放置在真空腔内并稳定24小时后再进行测试,图 2-2所示为测试装置的结构示意图。如图所示,被测试件悬浮在含有加热套的真空腔内,激光干涉仪的光学部件放置在真空腔外的底部位置,形成立式结构热膨胀系数测量装置,用来测量试件长度变化的聚焦光束垂直进入真空腔底部的光学窗口,整个测量装置实物如图 2-3所示,激光干涉仪测量装置实物如图 2-4所示。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252327_615106_3384_3.png图 2-2 热膨胀系数测试系统结构示意图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252327_615107_3384_3.png图 2-3 热膨胀系数测试系统整体照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252328_615108_3384_3.png图 2-4 热膨胀系数测试系统激光干涉仪测量装置 每个被测试件上安装了三只测温热电偶和四个角反射镜,如图 2-5所示。激光干涉仪测量得到四个角反射镜的位移变化,由此得到热变形量和监视试件的倾斜。在被测试件的顶部安置一个参考反射镜用来抵消被测试件和干涉仪之间相对运动所带来的影响。 测试中真空腔内部气压低于1Torr以下并使真空度稳定16个小时,然后使试件温度升到37.8℃(100℉)后在冷却下来,整个加热冷却过程中,每隔2.8℃(5℉)测试一次热变形量,每隔14℃(25℉)进行一次30分钟的恒温。整个温度变化过程直到试件冷却到-73.3℃(-100℉)停止。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252328_615109_3384_3.png图 2-5 热膨胀系数测试系统测温传感器和光学器件安装位置示意图 铺层方向为(02±50)s 的管状试件热变形量测试结果如图 2-6所示,整个过程的平均线膨胀系数为 7.2E-08/℃(4E-08/℉)。图 2-7所示为管状构件热膨胀系数测试与计算之间的比较结果,从比较结果可以看出板层方向的有效性,这种特性可以用来设计特殊性能的复合材料。 在进行管件热膨胀系数热循环考核试验中,先沿着试件长度方向上安装两只1英寸宽的电阻加热器以建立起与热真空试验相同的试件状态,在热真空试验中,电阻加热器是用来控制管件的温度,而在管件热膨胀系数热循环试验中,加热电阻器只是实现相同的结构状态,热循环试验的温度控制则是采用真空腔内的加热套来实现。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252328_615110_3384_3.png图 2-6 试件热变形量随温度变化的测试结果http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252329_615111_3384_3.png图 2-7 测试与设计结果的比较 在热膨胀系数热循环考核试验中,反射镜和温度传感器的安装与热膨胀系数测试时完全相同。热循环测试时也是先抽真空使得试件进行一两天的除湿,然后进行+38℃~-78℃(+100℉~-100℉)温度范围内的208次的冷热循环,大约间隔50次循环进行一次测量,在最后一次循环时,测试将电阻加热器取出后的试件热膨胀系数。热循环过程中试件的热膨胀系数随温度变化测量结果如图 2-8所示。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610252329_615112_3384_3.png图 2-8 热循环过程中试件热膨胀系数随温度变化的测量值[/