專利名稱：一種熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料熱學(xué)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透光材料的熱膨脹系數(shù)的
測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
熱膨脹系數(shù)是表征材料熱物理性能的重要參數(shù)之一。對(duì)于處在溫度變化條件下的材料，其熱膨脹系數(shù)將決定材料抗熱震的能力、熱應(yīng)力的大小以及熱致形變的程度。比如所有航空航天飛行器、運(yùn)載火箭和槍膛等在運(yùn)行和使用過程中都會(huì)經(jīng)受不同程度的氣動(dòng)加熱階段，必須采用熱膨脹系數(shù)較小的材料，避免因熱致形變導(dǎo)致的涂層脫落甚至整機(jī)解體等嚴(yán)重后果；在房屋建造過程中，也應(yīng)盡可能選用低熱膨脹系數(shù)的建筑材料，否則氣溫變化將增大建筑材料內(nèi)部熱應(yīng)力，使房屋產(chǎn)生裂紋甚至坍塌。因此，準(zhǔn)確測(cè)量材料的熱膨脹系數(shù)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前常用的熱膨脹系數(shù)測(cè)量方法主要有頂桿膨脹法和邁克爾遜干涉法。其中頂桿膨脹法是一種非絕對(duì)測(cè)量方法，需要做進(jìn)一步的標(biāo)校工作，且該法屬于接觸式測(cè)量，桿與樣品之間的機(jī)械應(yīng)力會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，因而其測(cè)試精度相對(duì)較低；邁克爾遜干涉法中產(chǎn)生干涉的兩束光分別來自樣品和標(biāo)樣的反射，標(biāo)樣以及樣品臺(tái)等部件不可避免的熱膨脹將會(huì)影響測(cè)試精度，且其通過讀干涉條紋數(shù)量的方法會(huì)引入隨機(jī)誤差，測(cè)試結(jié)果不直觀， 只能測(cè)量某個(gè)溫區(qū)的平均熱膨脹系數(shù)。中國(guó)發(fā)明專利“一種材料熱膨脹系數(shù)的雙光束激光干涉測(cè)量”(公開號(hào)CN101140M9B，
公開日2010.09.01)中所示的熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法不包括透光材料熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法，且其使用的是兩束入射光，難以完全保證兩束激光的同一性，這兩束光的入射角度以及傳輸過程中光路的微小偏差均會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因而該方法對(duì)光源的選擇、光路的調(diào)節(jié)以及樣品的制備要求較為苛刻，設(shè)備成本較高。因此，目前迫切地需要一種能夠便捷而準(zhǔn)確地測(cè)量透光材料熱膨脹系數(shù)的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法，該方法能準(zhǔn)確測(cè)量透光材料的熱膨脹系數(shù)，其測(cè)試精確度較高，可有效消除樣品架等熱膨脹帶來的系統(tǒng)誤差，光路簡(jiǎn)單，成本低廉，能直觀反應(yīng)各溫度區(qū)間的熱膨脹情況。本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)上述方法的測(cè)量裝置。一種熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法，具體為將待測(cè)透光材料的上、下表面分別鍍一層部分透光部分反光的薄膜，對(duì)透光材料加熱，加熱過程中采用一束單色光入射待測(cè)透光材料， 單色光在透光材料的上、下表面分別反射，兩束反射光發(fā)生干涉，檢測(cè)干涉后的反射光功率，得到反射光功率隨透光材料溫度的變化曲線，找出反射光功率最大值對(duì)應(yīng)的兩不同溫度T1和T2,并確定反射光功率在透光材料從溫度T1上升到溫度T2區(qū)間的變化周期數(shù)N，最后計(jì)算得到待測(cè)透明材料在溫度區(qū)間T1到T2之間的熱膨脹系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法，具體為將待測(cè)透光材料的上、下表面分別鍍一層部分透光部分反光的薄膜，對(duì)透光材料加熱，加熱過程中采用一束單色光入射待測(cè)透光材料， 單色光在透光材料的上、下表面分別反射，兩束反射光發(fā)生干涉，檢測(cè)干涉后的反射光功率，得到反射光功率隨透光材料溫度的變化曲線，找出反射光功率最大值對(duì)應(yīng)的兩不同溫度T1和T2,并確定反射光功率在透光材料從溫度T1上升到溫度T2區(qū)間的變化周期數(shù)N，最后計(jì)算得到待測(cè)透明材料在溫度區(qū)間T1到T2之間的熱膨脹系數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述薄膜厚度范圍為 1 IOnm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述薄膜為金屬薄膜或半導(dǎo)體薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，所述金屬薄膜為Au或 Ag或Cu或Al，半導(dǎo)體薄膜為Ge或Si或GeTe或Sb2Te3。
5.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至4之一所述的熱膨脹系數(shù)測(cè)量方法的測(cè)量裝置，包括加熱爐，待測(cè)透光材料上下表面被鍍膜后置于加熱爐內(nèi)；加熱爐內(nèi)設(shè)有用于測(cè)量待測(cè)透光材料溫度的測(cè)溫?zé)犭娕?，測(cè)溫?zé)犭娕纪ㄟ^溫度數(shù)據(jù)采集卡連接數(shù)據(jù)處理器；加熱爐頂端開有通光孔，通光孔的上方設(shè)有激光器和光電探測(cè)器，激光器發(fā)出的單色光穿過通光孔入射待測(cè)透光材料， 產(chǎn)生兩束反射光，兩束反射光發(fā)生干涉，干涉后的反射光功率被光電探測(cè)器檢測(cè)；光電探測(cè)器將反射光功率通過功率數(shù)據(jù)采集卡傳送給數(shù)據(jù)處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量裝置，其特征在于，還在所述通光孔與所述激光器之間安放有呈45度角傾斜的半透半反鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱膨脹系數(shù)的測(cè)量方法及裝置，將待測(cè)透光材料的上、下表面分別鍍一層部分透光部分反光的薄膜，對(duì)透光材料加熱，加熱過程中采用一束單色光入射待測(cè)透光材料，單色光在透光材料的上、下表面分別反射，兩束反射光產(chǎn)生發(fā)生干涉，檢測(cè)干涉后的反射光功率，找出其反射光功率最大值對(duì)應(yīng)的溫度值，確定反射光功率在透光材料預(yù)定溫度區(qū)間的變化周期，最后依據(jù)該周期計(jì)算得到待測(cè)透明材料在該溫度區(qū)間的熱膨脹系數(shù)。本發(fā)明能準(zhǔn)確測(cè)量透光材料的熱膨脹系數(shù)，其測(cè)試精確度較高，可有效消除樣品架等熱膨脹帶來的系統(tǒng)誤差，使用單一激光源，光路簡(jiǎn)單，成本低廉，能直觀反應(yīng)各溫度區(qū)間的熱膨脹情況。
文檔編號(hào)G01N25/16GK102175711SQ20111000441
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者程曉敏, 童浩, 繆向水 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)