激光干涉法测量材料线膨胀系数的实验研究

论文摘要

随着科技的发展,现代科技实力的竞争更表现为科技综合能力的竞争。热膨胀在各项科学研究中处于重要的基础地位,是科学研究和创新的基础,越来越受到国家的重视。本文是在国家“十五”重大科研专项“重要技术标准研究”课题----“建立我国材料热物性测量标准体系“的支持下,在中国计量科学研究院参与完成的。本文主要对激光干涉法测量材料线膨胀系数的实验装置、实验方法及热膨胀理论模型作了理论和实验研究。在中国计量科学研究院设计和初步建立的激光干涉法材料线膨胀系数测量装置的基础上改进完善该装置,最终实现了从240K到1200K范围的测量。分温区对NIST提供的材料SRM731、SRM738和单晶硅进行了线膨胀系数测量,并把测量结果进行了对比。对测量结果进行了不确定度分析,并对测量结果的主要影响因素做了实验测试,不确定度分析结果为相对合成扩展不确定度为3.4×10?2,说明测量结果准确可信。实验过程采用分段加热,以比较快的速度把试样加热到设定温度,实验结果表明硼硅酸盐和不锈钢试样实验过程符合热膨胀动态过程理论,单晶硅在同样的加热速度下仍符合热膨胀的准简谐振动模型理论。用单晶硅作为试样,采用缓慢加热方式使试样的温升和膨胀同步实验。实验结果表明,在缓慢加热使试样温升和膨胀条件下的测量结果和采用分段加热情况下测的结果相差在1%以内,表明单晶硅热膨胀过程比较好的符合了热膨胀的准简谐振动模型理论。通过该课题的研究,建立了一套温度测量范围宽,测量精度高的基于绝对法测量线膨胀系数的装置,为我国采用激光干涉法测量材料线膨胀系数及其热物性标准装置体系建立打下很好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 热膨胀系数测量的意义
• 1.3 材料线膨胀系数测量及激光干涉法国内外发展现状
• 1.3.1 材料线膨胀系数测量方法
• 1.3.2 线膨胀系数测量发展现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 材料线膨胀系数测量及激光干涉法测量材料线膨胀系数
• 2.1 热膨胀理论概述
• 2.2 线膨胀系数的定义
• 2.3 线膨胀系数的测量
• 2.4 激光干涉法测量材料线膨胀系数
• 2.5 本章小结
• 第3章 激光干涉法测量装置及其改进
• 3.1 引言
• 3.2 实验测量装置
• 3.2.1 真空炉
• 3.2.2 激光干涉仪
• 3.2.3 电测系统
• 3.2.4 控温系统
• 3.2.5 测温系统
• 3.2.6 真空系统
• 3.3 干涉信号的调节及其它事项
• 3.4 本章小结
• 第4章 材料线膨胀系数的测量实验
• 4.1 概述
• 4.2 实验
• 4.2.1 硼硅酸盐低温试验
• 4.2.2 不锈钢试样实验
• 4.2.3 单晶硅试样实验
• 4.3 本章小结
• 第5章 材料线膨胀系数实验结果分析及对比
• 5.1 测量结果及对比
• 5.1.1 硼硅酸盐玻璃试样的测量结果及对比
• 5.1.2 不锈钢试样的测量结果及对比
• 5.1.3 单晶硅试样的测量结果及比较
• 5.2 测量结果的不确定度分析
• 5.2.1 温度测量引起的不确定度分析
• 5.2.2 样品形变量测量引起的不确定度分析
• 5.2.3 试样长度测量引起的不确定度分析
• 5.2.4 不确定度总表
• 5.3 本章小结
• 第6章 膨胀和温升同步实验方法的研究
• 6.1 引言
• 6.2 温升和膨胀同步的实验方法
• 6.3 温升和膨胀同步的实验结果及对比
• 6.3.1 温升和膨胀同步试验结果
• 6.3.2 温升和膨胀同步试验结果及对比
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢