高温环境下C/C复合材料热膨胀系数测量新技术

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"测量非均匀温度样品的热膨胀系数的新技术" 在本文中,研究者提出了一种用于高温下测量碳/碳复合材料纵向热膨胀系数的新方法。这项技术的创新之处在于它能处理非均匀温度分布的样品,这对于理解和优化高性能材料在极端环境下的性能至关重要。热膨胀系数是材料科学中的一个关键参数,它描述了材料随温度变化时尺寸的变化率。 测量原理主要基于热膨胀系数与温度的关系。当材料受热时,其长度会随温度的升高而增加,这一变化可以通过精确的测量设备来探测。该装置主要包括以下几个部分: 1. 高温环境室:这个组件提供了一个可控的高温环境,使样品能够达到稳定的高温状态,这对于模拟实际应用中的工作条件至关重要。 2. 加热电源电路:通过恒定的电流对样品进行电阻加热,使其达到所需的高温。 3. 高速测温仪:通常为红外测温仪,用于实时监测样品表面的温度分布。由于热传导会导致样品表面的温度不均匀,因此需要高速测温仪来捕捉这种复杂的变化。 4. 激光扫描系统:激光扫描系统用于精确测量样品的长度变化,通过激光束的反射或干涉效应,可以非接触地获取样品的微小尺寸变化。 在实验过程中,样品被电阻加热到稳态的高温,然后通过两个高精度的高速测温仪监测其表面温度。由于热传导,样品表面的温度分布通常是不均匀的,这使得传统的热膨胀系数测量方法难以适用。然而,通过激光扫描系统,可以克服这一难题,计算出整个样品的平均热膨胀系数。 文章指出,计算方法是基于热膨胀系数与温度的依赖关系推导出来的。这可能涉及到线性或非线性的温度-膨胀模型,具体取决于材料的性质。通过对不同位置的温度和长度变化数据进行整合,可以得出考虑了非均匀温度效应的热膨胀系数。 这项工作为高温条件下复杂温度分布材料的热膨胀系数测量提供了新的途径,对于航空航天、能源和汽车等领域的材料研发具有深远的影响。通过改进和优化这种技术,我们可以更准确地评估材料在高温环境下的性能,从而为新材料的设计和应用提供关键的理论支持。