低热膨胀系数的堇青石陶瓷研究进展

堇青石陶瓷具有较低的热膨胀系数、良好的化学稳定性、较高的强度等优点,在冶金、催化剂、耐火材料等领域得到广泛应用,尤其是伴随着半导体行业的发展,堇青石陶瓷已成为高端装备陶瓷结构件用关键材料。为此,简述了堇青石陶瓷的固相合成法、溶胶-凝胶法、熔融玻璃法等制备方法,综述了通过调控原料配比和粒径、掺杂其他元素、调整烧成工艺等途径降低堇青石陶瓷热膨胀系数的研究现状,并讨论了低热膨胀系数的堇青石陶瓷在不同领域中的应用现状,展望了低热膨胀系数的堇青石陶瓷未来的研究方向。

低热膨胀系数聚酰亚胺薄膜的制备方法研究

以4,4’-二氨基-2,2’-二甲基联苯(M-Tol)、对苯二胺(PDA)、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)三种单体在极性溶剂中聚合得到聚酰胺酸溶液,经涂布、亚胺化制备聚酰亚胺薄膜,利用热机械分析仪和万能试验机对薄膜进行性能表征,研究聚合物组成、共聚结构、反应溶剂、亚胺化工艺、拉伸条件对聚酰亚胺薄膜热膨胀系数和机械性能的影响。研究发现,M-Tol、PDA、BPDA摩尔比为2∶8∶10,拥有嵌段共聚结构、采用高沸点反应溶剂与化学亚胺化工艺、经过拉伸的聚酰亚胺薄膜具有更低的热膨胀系数和更优秀的机械性能。

微量合金化元素对Fe-36%Ni因瓦合金的平均热膨胀系数的影响

针对单独微量添加了C、Si、Mn、Cr、Mo、Cu、Nb、Ti、V、Al、W和B这12种元素的36Ni合金,进行30~400℃的热膨胀的测定并根据磁化一温度曲线进行居里点的测定,就各种元素对热膨胀系数和居里点的影响进行了研究,通过居里点和平均外壳电子数的关系研究了热膨胀系数。所得结果概括如下:(1)将影响30~100℃的平均热膨胀系数α30~100℃的这些元素的效果程度进行了定量化。不论添加哪种元素,热膨胀系数都会增加,特别是B、C、Al,使平均热膨胀系数大大增加。尤其是B的效果很大。

基于激光加热和DIC技术的C/C复合材料热膨胀系数测量实验

针对传统的热膨胀系数测量方法实验时间长、测试温度低及难以适用于有氧环境等缺点,提出了基于连续激光加热和数字图像相关技术联用实现C/C复合材料高温升速率下的热膨胀系数测量方法。实验分别获取了激光诱导高温升率有氧环境下针刺型和3维编织型两类C/C复合材料从室温至约1000℃的热膨胀系数。研究结果表明,针刺型和3维编织型C/C复合材料的热膨胀系数随着温度的升高虽然存在一定的差异,但在纤维增强的方向热膨胀系数总体较小。提出的热膨胀系数测量方法具有实验效率高、温升速率高、适合有氧环境等优点,可用于表征C/C复合材料等耐高温材料的高温热力学性能。

低应力热膨胀系数测试方法开发及CoCrFeNiAlx (x = 0, 0.5, 1)热膨胀系数测定

利用放电等离子烧结炉,开发了一种在真空和低应力下测试材料线热膨胀系数的方法,并测试了高熵合金CoCrFeNiAlx (x = 0, 0.5, 1) 30~800℃的平均线热膨胀系数。将圆柱形高熵合金样品放入放电等离子烧结炉的上、下压头之间,压头与试样之间的接触压强为3.1 MPa,匀速升温样品并记录系统位移,采用已知线热膨胀系数的石墨样品对单位温度内的系统位移测试值进行校正,然后计算材料的线热膨胀系数。结果表明:新开发的测试方法可以精确计算出高熵合金的平均线热膨胀系数;CoCrFeNiAlx (x = 0, 0.5, 1)的线热膨胀系数介于10.0~18.9 × 10−6℃−1之间,主要取决于化学成份,并且随着Al含量的增加而减小。

不同添加剂对钛酸铝热膨胀系数影响的研究

钛酸铝是一种优异的高熔点、低膨胀无机非金属材料．为提高其强度、抑制其热分解，往往在钛酸铝中引入添加剂．本文研究了单一添加剂和复合添加剂对钛酸铝膨胀系数的影响．结果表明：引入少量的稀土元素氧化物能显著降低钛酸铝的热膨胀系数．引入1～4mol％CeO2或2mol％La2O3可使钛酸铝的膨胀系数降至接近于零．这就为开发零膨胀材料提供了新的方法．在钛酸铝中引入1～4mol％Fe2O3，其膨胀系数保持不变．在含有4mol％Fe2O3的钛酸铝中再引入SiO2，钛酸铝的膨胀系数增大，而加入另一种稀土元素氧化物则能降低其膨胀系数．三种添加剂的适当配比能将钛酸铝的膨胀系数调整至最小．这对于引入复合添加剂对钛酸铝的改性是很有意义的．

钢中夹杂物与奥氏体基体热膨胀系数差异导致的热应力和应变能研究

考虑基体的屈服,对钢中的球形夹杂物和奥氏体基体之间因热膨胀系数差在降温过程中产生的热应力、应变和应变能作了理论研究.大的过冷度和热膨胀系数差异是产生大的热应力、应变和高应变能的主要原因.在现实条件下,夹杂物的Young’s模量和Poisson比的变化对上述参量产生的影响不大.主要计算了几种典型的夹杂物和奥氏体产生的热应力、应变和应变能.结果显示,即便对于极限状态的“刚性”夹杂物,热应力形成的应变能也比相变化学驱动力小1-2个数量级.

激光熔覆层热膨胀系数对其开裂敏感性的影响

通过适当调整ＦｅＣｒＮｉ合金的成分，改变其热膨胀系数，用以进行激光熔覆，并研究熔覆层的开裂敏感性，结果表明降低熔覆层热膨胀系数有利于明显减小激光熔覆层的开裂敏感性。对此进行了较详细的分析，并为解决熔覆层开裂，提出了熔覆合金与基材间热膨胀系数差值要有合理范围的观点。

低合金钢热膨胀系数测定和分析

按照国标对某热连轧生产线上的两种典型钢种的热膨胀系数进行实验测量,得出其线性热膨胀率、平均线膨胀系数和瞬时线膨胀系数随温度的变化曲线,对比分析了钢种的化学成分对总膨胀量的影响实质以及取样方向对膨胀系数的影响.结果表明:金属材料的化学成分主要通过影响相变点温度而影响膨胀量;取样方向不影响金属材料的膨胀系数,即膨胀系数是各向同性的.实验得到两个钢种在不同温度段的热膨胀系数值,为实际的宽度在线控制提供了依据.

粉煤灰对混凝土热膨胀系数的影响

为了探讨了粉煤灰对混凝土热膨胀系数的影响,采用颗粒表面密封法和压汞法研究了不同品种的固相颗粒、孔隙率和龄期对水泥石热膨胀系数的影响,并采用扫描电镜和能谱分析验证了表面密封法的可靠性.实验结果表明:不同品种的固相颗粒对水泥石热膨胀系数的影响大小依次为Ca(OH)2、粉煤灰、水泥熟料、CSH凝胶;水泥石的总孔隙率随龄期的增长而减小;混凝土热膨胀系数随水化龄期的增长而升高,随粉煤灰掺量的增加先升高后降低;粉煤灰对混凝土的热膨胀系数有明显影响.

含缺陷纤维增强复合材料热膨胀系数预报

利用细观力学的Ｅｓｈｅｌｂｙ和ＭｏｒｉＴａｎａｋａ理论，考虑纤维与微裂纹之间的相互作用，预报了复合材料的有效热膨胀系数，研究了纤维体积份数、微裂纹密度对热力学性能的影响，为材料热应力分析提供了理论基础。

晶化时间对BaO–Al_2O_3–SiO_2微晶玻璃相转变和热膨胀系数的影响

用X射线衍射、差示扫描量热法和热膨胀系数测试研究了BaO–Al2O3–SiO2(BAS)系微晶玻璃的不同晶化时间对其相组成和热膨胀系数的影响。结果表明:在850℃,BAS玻璃快速晶化析出六方钡长石;随着晶化时间的延长,六方钡长石逐渐向单斜钡长石转变;当晶化时间为24h时,六方钡长石完全转变为单斜钡长石。微晶玻璃的相组成与热膨胀系数的关系近似满足两相模型,可通过改变晶化时间来控制相组成,方便的获得热膨胀系数在(4～8.75)×10–6/℃范围内可调整的BAS系微晶玻璃。

含层理砂岩热膨胀系数的试验研究

在放射性核废料处置、地热能源开采以及地下油气储存等工程中,热量的传递将会在很大程度上改变岩土材料的力学性质,因此,岩土体及缓冲材料的热力学参数,包括热传导系数、热膨胀系数、比热容对工程设计以及安全性评价有着至关重要的作用。利用自主研制的岩石膨胀系数测试仪对含层理砂岩进行了热膨胀系数试验,研究了岩石轴向和径向热膨胀系数的变化规律,结果表明:对于含水平层理岩样,随着温度的变化,当膨胀均匀后,轴向热膨胀系数约为14×10^(-6)℃^(-1),而径向热膨胀系数约为9×10^(-6)℃^(-1),前者约为后者的1.56倍,表现出明显的各向异性;相比于含水平层理岩样,含竖直或倾斜层理岩样的轴向膨胀系数未见显著差异,但径向热膨胀系数明显增加;相同温度下,径向热膨胀系数从大到小的顺序为:竖直方向、倾斜方向和水平方向;由于岩样中沉积层的存在,砂岩与沉积物质的膨胀性能并不相同,这将导致岩样的轴向和径向热膨胀系数表现出各向异性。该研究成果对于岩体的热-力耦合特性研究具有一定的参考意义。

碳纤维不同分布的C_F／Cu复合材料的热膨胀系数

将碳纤维按不同方式分布加Ｃｕ粉热压成复合材料，测定其热膨胀系数的大小顺序为：单一纵向＜涡卷＜双向＜无序短纤维＜单一横向．

C_f/Mg复合材料热膨胀系数及其计算

利用热膨胀仪测定压力浸渗法制备的单向碳纤维增强镁复合材料在20-300℃区间的平均热膨胀系数，讨论热处理工艺、碳纤维弹性模量、基体合金种类等因素对连续纤维增强镁基复合材料热膨胀系数的影响。结果表明，可以通过退火处理降低复合材料的热膨胀系数。同时，选择高模量石墨纤维或选择低屈服强度基体合金都可以获得低热膨胀系数的复合材料。对计算复合材料横向热膨胀系数的理论公式进行改进，与实验测试值比较，理论计算值更加接近实际测试值。提出计算层合板结构复合材料二维平面内热膨胀系数的模型，计算出不同铺层方式下层合板复合材料的热膨胀系数，结果表明当层合板采用[0/±15，±30／±45，±60，±75／90]s的铺层方式时，复合材料热膨胀系数基本达到各向同性。

基于细观力学方法的混凝土热膨胀系数预测

建立混凝土材料的有效性质与微结构参数之间的关系,是混凝土材料优化设计的基础。本文用细观力学方法对复合材料宏观有效热膨胀系数进行研究,得到了含有一球形夹杂物的无限大介质在均匀变温作用下的应力场。假定混凝土为由骨料和砂浆基质组成的二相复合材料,根据混凝土宏观体积热膨胀量与组成混凝土的各相介质细观体积热膨胀量相等的原则,采用基于Mori-Tanaka方法的混凝土宏观有效剪切模量,推导出混凝土有效热膨胀系数的解答。对稀疏解法、自洽方法和有限单元数值试验结果的比较说明,本文提出的基于自洽方法的混凝土宏观有效热膨胀系数的理论公式能够较好的描述混凝土的热学特性,该方法可以推广到多相复合材料宏观有效热膨胀系数的预测中。

滑石粉粒径对PVC/滑石粉复合材料力学性能和热膨胀系数的影响

使用钛酸酯偶联剂对不同粒径的滑石粉改性,并通过熔融共混方法制备了PVC/滑石粉复合材料。通过力学性能测试、线性膨胀测试等方法研究了滑石粉粒径对复合物的形态结构、力学性能和线性膨胀系数的影响。实验结果表明,在实验范围内随着滑石粉含量的增加,400 mesh滑石粉会使复合体系拉伸强度降低较多,冲击强度基本不变;800 mesh及1250 mesh滑石粉则使复合体系拉伸强度降低明显减少,同时增加体系的冲击强度,1250 mesh滑石粉体系冲击强度在滑石粉含量为20份时有极大值。线性膨胀系数结果显示,滑石粉的引入能明显降低PVC体系的线性膨胀系数,滑石粉粒径尺寸为800 mesh和1250 mesh时降低幅度比400 mesh时明显。

用电子散斑干涉法测量材料热膨胀系数

利用双光束电子散斑干涉法 (ESPI)对试件受热变形进行了实时观测 ,针对一次实验过程中得到的图片较多 (30 0～ 5 0 0幅 )的特点 ,在图像处理时摒弃了以往的手动识别等位移线的办法 ,用MATLAB语言编写了批处理程序 ,能够在采集的大量散斑图片中自动快速准确地标定等位移线 ,得到相应的位移和应变 ,并结合实时测量的温度值 ,获得了 4 5钢和LY12铝合金在不同温升率下的热膨胀系数及其随温度的变化。实验结果表明 ,在涉及的温升率范围内 ,温升率的改变对材料热膨胀系数的影响不明显 。

热膨胀系数简易测量装置研制及若干材料测量

以液氮为冷源,研制了一套基于千分测微器的材料热膨胀系数简易测量装置,能够测量80~353K温区各类固体材料的热膨胀系数,可重复性高于99.3%,不确定度小于3.34%。通过将T1紫铜、6060铝、304不锈钢、尼龙、G10环氧树脂等典型材料热膨胀系数测量数据与文献数据比较,发现两者最大相对偏差小于6.0%,80~353K温区的平均偏差约为3.1%。在此基础上,测量并获得了高低温热环境工程等应用场合常用到的其他一些材料如殷钢、6262铝、316不锈钢、45钢、聚四氟乙烯、ABS塑料等的热膨胀系数数据。

降低蜂窝陶瓷用堇青石热膨胀系数的途径

分析了堇青石的特殊热膨胀性,详细叙述降低蜂窝陶瓷用堇青石热膨胀系数的各种途径,包括选择合理的化学组成,控制原料的种类,形貌,粒度,减少原料的杂质,选择合适的添加剂,以及烧成过程的控制等。