激光干涉法熱膨脹測試系統

一、簡介

依陽公司在國內推出了溫度范圍和精度的激光干涉法熱膨脹性能測試系統。這套測試系統采用了目前國際上溫漂的雙頻外差式激光干涉儀，解決了以往必須具備苛刻隔振條件下才能進行超低熱膨脹性能測試難題，而且測試溫度范圍覆蓋了-20℃~1400℃的中溫范圍，*可以滿足目前絕大多數低膨脹材料熱膨脹性能的高精度測量。 依陽公司出品的激光干涉法熱膨脹測試系統所采用的雙頻外差式激光干涉法是以激光波長為基準的長度測量設備，激光干涉法熱膨脹性能的測量就成為一種測量方法，在消除了振動、溫漂、氣體折射率、溫度梯度和傾斜變形等一系列影響因素后，此測試系統可用于其他所有熱膨脹性能測試方法和測試設備的校準。

二、技術指標

（1）量程：2mm

（2）分辨率：±0.5nm

（3）位移測量精度：±5 nm

（4）位移測量重復性：±3nm

（5）測量溫度范圍：-40℃~200℃（依據所采用的油浴溫度范圍）；200℃~1400℃（石墨發熱體通電加熱）

（6）試樣形狀：板狀、棒狀、塊狀

（7）試樣尺寸：截面積尺寸；厚度5mm~100mm。

（8）試驗氣氛：100Pa以下壓強氣體（空氣或惰性氣體）

（9）測試方法：ASTM E289。

三、特點

1. 依陽公司出品的激光干涉法熱膨脹測試系統采用了雙頻激光外差式干涉技術。采用這種干涉技術是因為它提供了比其他激光干涉法更高的信噪比，而且外差式干涉技術對環境幅度變化并不十分敏感，即使光強衰減90%，仍然可以得到有效的干涉信號，可以達到更好的分辨率和測量精度。從固有的測量精度上來考慮，雙頻或雙光束干涉法要低于多光束干涉法，但雙頻所具有的優勢就是可以明顯降低測試中對試樣的要求。因此，采用外差式技術，被測材料試樣的加工要求相對較低、熱膨脹范圍和尺寸可以很寬泛，測試步驟簡單而快捷，數據處理過程簡單。

2. 激光干涉儀的溫度漂移是影響干涉儀測量精度的重要參數，依陽公司出品的激光干涉法熱膨脹儀采用了具有2nm/℃的高穩定性外差式激光干涉儀，同時采用了恒溫精度為±0.05℃的恒溫水浴使得激光干涉儀處于一個恒溫狀態，有效的保證了膨脹儀的測量精度。

3. 為了適用于各種材料的熱膨脹性能測試，被測試樣和加熱裝置放置在可抽氣的真空箱內，并使得真空箱內處于真空狀態，以避免箱內氣體折射率隨溫度變化的波動對激光束產生影響，但如果真空度過高則會大大提高加熱試樣和試樣溫度均勻化的時間。因此，依陽公司出品的激光干涉熱膨脹測試系統配備了相應的真空度控制裝置，使得真空箱內的真空度始終保持在100Pa左右，這樣既能消除氣體折射率的影響，又能保持真空箱內氣體的傳熱效率不會降低。

4. 盡管雙頻激光干涉對干涉光束的輕微偏移不敏感，但為了防止由于試樣和試樣架上溫度梯度和膨脹系數不匹配產生嚴重傾斜從而出現光學失準現象，依陽公司出品的激光干涉法熱膨脹測試系統中配置了傾斜調整機構，可以幫助操作者完成干涉儀的精密對準。

5. 為了在盡可能寬泛的溫度范圍內高精度的測量材料的熱膨脹性能，依陽公司出品的熱膨脹測試系統針對不同的溫度范圍采用了不同的加熱方式。在200℃以下采用的是循環油浴控溫方式，在200℃以上則采用了石墨發熱體通電加熱方式。更低的溫度范圍可以選擇不同的循環油浴或液氮控溫實現，高溫可以選擇達到1600℃以上的加熱方式。

6. 依陽公司出品的激光干涉法熱膨脹性能測試系統采用了試樣直立式結構，可以測量各種剛性和彈性體材料的熱膨脹性能隨溫度的變化，試樣厚度最小可以達到1mm。

四、技術資料

（1）GB 10562-1989 金屬材料超低膨脹系數測量方法 光干涉法

（2）ASTM E289 Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Rigid Solids with Interferometry

（3）激光干涉熱膨脹儀樣本

（4）航天器尺寸高穩定性復合材料桁架結構——第1部分：熱變形測試技術國內現狀分析

（5）航天器尺寸高穩定性復合材料桁架結構——第2部分 熱變形測試方案和可行性試驗研究