[发明专利]一种固体材料热膨胀系数的测量装置及方法

权利要求书

1.一种固体材料热膨胀系数的测量装置，其特征在于，包括为自准直仪(1)、真空仓窗口(2)、真空仓(3)、平面反射镜(4)、变温样品(5)、变温载物平台(6)、导热铜带(7)、常温载物平台(8)和常温样品(9)，真空仓(3)作为隔绝空气和真空环境的装置，平面反射镜(4)、变温样品(5)、变温载物平台(6)、导热铜带(7)、常温载物平台(8)和常温样品(9)都置于真空仓(3)中，其连接关系为变温载物平台(6)与常温载物平台(8)之间有一定的间隔，导热铜带(7)置于真空仓(3)底部，导热铜带(7)与变温载物平台(6)相连，变温样品(5)置于变温载物平台(6)上，常温样品(9)置于常温载物平台(8)上，平面反射镜(4)安装在变温样品(5)和常温样品(9)的顶端；真空仓窗口(2)设置在真空仓(3)顶部；自准直仪(1)位于真空仓(3)外部，安装在真空仓窗口(2)正上方，后面用于测量平面反射镜(4)的倾斜角度；所述变温载物平台(6)和常温载物平台(8)位于真空仓(3)底部，变温载物平台(6)和常温载物平台(8)下面是绝热支撑，这样能隔绝变温载物平台(6)、常温载物平台(8)和样品仓(3)这三者之间的热传导；样品的升降由一个电动升降机构(11)驱动。

2.根据权利要求1所述的固体材料热膨胀系数的测量装置，其特征在于，所述的真空仓(3)是真空测量环境下的绝热装置，抽真空采用机械真空泵，能达到10^-1Pa以下的真空度。

3.根据权利要求1所述的固体材料热膨胀系数的测量装置，其特征在于，所述绝热支撑由多层聚四氟乙烯材料加工而成。

4.一种固体材料热膨胀系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：首先是放置样品，将常温下的3个样品棒放入真空仓(3)，其中两个样品棒作为常温样品(9)置于常温载物平台(8)上，另一个样品棒作为变温样品(5)置于变温载物平台(6)上，三者之间成正三角形布置，然后平面反射镜(4)放置在三个样品的顶端，自准直仪(1)置于真空仓窗口(2)的正上方；第二步是正式测量，过程为先抽真空，使真空度下降到10^-1Pa，这时通过自准直仪(1)测量平面反射镜(4)相对于水平面的倾斜角度θ₁，然后通过导热铜带(7)导入外界热量或者冷量，对变温样品(5)进行加热或者制冷，变温样品(5)产生相应的膨胀或者收缩，根据平面反射镜(4)的安装条件得到，在变温样品(5)发生膨胀或者收缩的时候，平面反射镜(4)相对于水平面的倾角会发生变化，此时通过自准直仪(1)每隔10℃测量一次平面反射镜(4)的倾角变化量Δθ_n，即得到温度变化后平面反射镜(4)的倾角θ_2n，然后调节载物平台下的升降结构进行实时调节校正，使自准直仪(1)的分划板在光电传感器上的像位移为ΔS_n＝0，通过多次测量校准到达预定温度，累计多次ΔS_n作为总的位移ΔS，以总的位移变化ΔS转换为总的倾角变化Δθ，得到温度稳定后平面反射镜(4)的倾角θ₂，则温度变化稳定后测得的热膨胀系数表示为其中变温样品(5)长度L₂、变温样品(5)与常温样品(9)的中心距L₃都是已知的，热膨胀系数能直接计算出来。