专利名称：一种热膨胀系数的测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于材料热学性能测试技术领域，具体涉及一种透光材料的热膨胀系数的
测量方法。
背景技术：
热膨胀系数是表征材料热物理性能的重要参数之一。对于处在温度变化条件下的材料，其热膨胀系数将决定材料抗热震的能力、热应力的大小以及热致形变的程度。比如所有航空航天飞行器、运载火箭和枪膛等在运行和使用过程中都会经受不同程度的气动加热阶段，必须采用热膨胀系数较小的材料，避免因热致形变导致的涂层脱落甚至整机解体等严重后果；在房屋建造过程中，也应尽可能选用低热膨胀系数的建筑材料，否则气温变化将增大建筑材料内部热应力，使房屋产生裂纹甚至坍塌。因此，准确测量材料的热膨胀系数有重要的现实意义。目前常用的热膨胀系数测量方法主要有顶杆膨胀法和迈克尔逊干涉法。其中顶杆膨胀法是一种非绝对测量方法，需要做进一步的标校工作，且该法属于接触式测量，杆与样品之间的机械应力会影响测试结果的准确性，因而其测试精度相对较低；迈克尔逊干涉法中产生干涉的两束光分别来自样品和标样的反射，标样以及样品台等部件不可避免的热膨胀将会影响测试精度，且其通过读干涉条纹数量的方法会引入随机误差，测试结果不直观， 只能测量某个温区的平均热膨胀系数。中国发明专利“一种材料热膨胀系数的双光束激光干涉测量”(公开号CN101140M9B，
公开日2010.09.01)中所示的热膨胀系数的测量方法不包括透光材料热膨胀系数的测量方法，且其使用的是两束入射光，难以完全保证两束激光的同一性，这两束光的入射角度以及传输过程中光路的微小偏差均会产生较大的误差，因而该方法对光源的选择、光路的调节以及样品的制备要求较为苛刻，设备成本较高。因此，目前迫切地需要一种能够便捷而准确地测量透光材料热膨胀系数的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热膨胀系数的测量方法，该方法能准确测量透光材料的热膨胀系数，其测试精确度较高，可有效消除样品架等热膨胀带来的系统误差，光路简单，成本低廉，能直观反应各温度区间的热膨胀情况。本发明还提供了实现上述方法的测量装置。一种热膨胀系数的测量方法，具体为将待测透光材料的上、下表面分别镀一层部分透光部分反光的薄膜，对透光材料加热，加热过程中采用一束单色光入射待测透光材料， 单色光在透光材料的上、下表面分别反射，两束反射光发生干涉，检测干涉后的反射光功率，得到反射光功率随透光材料温度的变化曲线，找出反射光功率最大值对应的两不同温度T1和T2,并确定反射光功率在透光材料从温度T1上升到温度T2区间的变化周期数N，最后计算得到待测透明材料在温度区间T1到T2之间的热膨胀系数
权利要求
1.一种热膨胀系数的测量方法，具体为将待测透光材料的上、下表面分别镀一层部分透光部分反光的薄膜，对透光材料加热，加热过程中采用一束单色光入射待测透光材料， 单色光在透光材料的上、下表面分别反射，两束反射光发生干涉，检测干涉后的反射光功率，得到反射光功率随透光材料温度的变化曲线，找出反射光功率最大值对应的两不同温度T1和T2,并确定反射光功率在透光材料从温度T1上升到温度T2区间的变化周期数N，最后计算得到待测透明材料在温度区间T1到T2之间的热膨胀系数
2.根据权利要求1所述的热膨胀系数的测量方法，其特征在于，所述薄膜厚度范围为 1 IOnm0
3.根据权利要求1所述的热膨胀系数的测量方法，其特征在于，所述薄膜为金属薄膜或半导体薄膜。
4.根据权利要求3所述的热膨胀系数的测量方法，其特征在于，所述金属薄膜为Au或 Ag或Cu或Al，半导体薄膜为Ge或Si或GeTe或Sb2Te3。
5.实现权利要求1至4之一所述的热膨胀系数测量方法的测量装置，包括加热炉，待测透光材料上下表面被镀膜后置于加热炉内；加热炉内设有用于测量待测透光材料温度的测温热电偶，测温热电偶通过温度数据采集卡连接数据处理器；加热炉顶端开有通光孔，通光孔的上方设有激光器和光电探测器，激光器发出的单色光穿过通光孔入射待测透光材料， 产生两束反射光，两束反射光发生干涉，干涉后的反射光功率被光电探测器检测；光电探测器将反射光功率通过功率数据采集卡传送给数据处理器。
6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，还在所述通光孔与所述激光器之间安放有呈45度角倾斜的半透半反镜。
全文摘要
本发明公开了一种热膨胀系数的测量方法及装置，将待测透光材料的上、下表面分别镀一层部分透光部分反光的薄膜，对透光材料加热，加热过程中采用一束单色光入射待测透光材料，单色光在透光材料的上、下表面分别反射，两束反射光产生发生干涉，检测干涉后的反射光功率，找出其反射光功率最大值对应的温度值，确定反射光功率在透光材料预定温度区间的变化周期，最后依据该周期计算得到待测透明材料在该温度区间的热膨胀系数。本发明能准确测量透光材料的热膨胀系数，其测试精确度较高，可有效消除样品架等热膨胀带来的系统误差，使用单一激光源，光路简单，成本低廉，能直观反应各温度区间的热膨胀情况。
文档编号G01N25/16GK102175711SQ20111000441
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者程晓敏, 童浩, 缪向水 申请人:华中科技大学