轻质复合材料及结构热膨胀调控设计研究进展

热膨胀系数是材料热物理性能的重要参数.在温度剧烈变化服役环境下,航空航天工程中卫星、高超声速飞行器以及精密仪器仪表,微电子封装中大量结构的热变形需要精确的控制.发展热膨胀可调控的材料具有重要的科学意义和工程应用价值.轻质复合材料凭借其轻量化,力学性能优异且热膨胀系数可设计的优点已成为热变形控制领域的重要材料.本文首先概括了材料和结构的热变形控制在工程中的重要应用以及已有低、负膨胀均质材料的研究现状.其次详细介绍了层合、颗粒增强及拓扑优化复合材料的热膨胀设计研究成果.最后重点综述了轻质点阵复合材料的几何结构设计方法,热膨胀调控机理,制备工艺及实验表征的最新研究成果.

(Fe_(1-x)Ni_x)ZrF_6固溶体晶体结构与可调控的热膨胀性质

绝大部分物质具有热胀冷缩的基本性质,然而近年来的研究发现一些化合物具有反常的负热膨胀性质,其为有效调节物质热膨胀系数(CTE)提供了可行性,尤其调控各向同性化合物热膨胀性质是一个重要的研究方向。本文以双Re O_3结构的固溶体(Fe_(1-x)Ni_x)Zr F_6为研究对象,对(Fe_(1-x)Ni_x)Zr F_6固溶体的制备、晶体结构以及热膨胀调控开展了深入研究。(Fe_(1-x)Ni_x)Zr F_6固溶体呈现全程固溶特性,通过Ni^(2+)对Fe^(2+)进行化学替代的方法实现了(Fe_(1-x)Ni_x)Zr F_6热膨胀系数在大范围内的有效调控(-3.24×10^(-6)–+18.23×10^(-6) K^(-1),300–675 K),尤其,在(Fe_(0.5)Ni_(0.5))Zr F_6化合物中得到了零膨胀性能。作为一种典型的框架结构化合物,晶胞中F原子横向热振动的差异是导致各自不同热膨胀差异的本质原因。该研究给我们提供了一个基于开放式框架结构化合物的热膨胀调控方法。