开题报告论文-张祥

毕业设计（论文）开题报告题目：高强纤维增强锂铝硅微晶玻璃性能研究

院（系）材料科学与工程学院

专业材料成型及控制工程

学生张祥

学号100810320

班号1008103

指导教师夏龙

开题报告日期2013.12.28

哈尔滨工业大学教务处制

2005年9月

1研究意义

环境温度的变化，会引起材料的膨胀与收缩，在材料中产生热应力，会影响材料使用，严重者甚至导致材料失效。锂铝硅系统的微晶玻璃，具有超低膨胀性，经过精心设计可使其在某一温度范围内达到零膨胀。锂铝硅微晶玻璃具有小的膨胀性，从而带来其卓越的抗热冲击能力。零膨胀微晶玻璃的零膨胀性能对提高航空航天结构和电子设备等的热几何稳定性有重要意义。

锂铝硅微晶玻璃在较大的范围内具有低膨胀甚至零膨胀的特殊性能和较高的透过率而被广泛研究和应用。此外锂铝硅微晶玻璃还具有许多其它宝贵的性能：如膨胀系数变化范围大、机械强度高、化学稳定性及热稳定性好、使用温度高及坚硬耐磨等。由于锂铝硅微晶玻璃晶化程度高(70%以上)，又具有超细的微晶结构，并且质地均匀致密，因而机械力学性能优良。锂铝硅微晶玻璃的机械强度比一般玻璃高的多，抗弯强度一般为100~200MPa。由于锂铝硅微晶玻璃的种种优异特性，使其在许多领域得到了广泛的应用。以下简要介绍锂铝硅微晶玻璃的一些应用。

零膨胀微晶玻璃主要应用在现代航空技术，集成线路板和光学器件中，如太空机器人、航天飞机、宇宙飞船、天文望远镜或卫星的定位等方面；另一主要应用是耐高温的炊具、餐具，微波炉用器皿，高温电光源玻璃，高温观察窗等方面。

1.1反射式光学天文望远镜

对于大型反射式光学天文望远镜，超低膨胀(零膨胀)微晶玻璃的重要性不言而喻。一方面，其星象质量不受望远镜镜片热惯性的破坏；另一方面，镜片在研磨过程中不需要等到热平衡即可检查质量，可大大缩短加工周期。其镜片材料除了在热惯性上要求相当高之外，还需要有极小的内应力，较高的机械强度和硬度，良好的化学稳定性等。唯有超低膨胀微晶玻璃镜坯材料才能较好的满足这些条件。零膨胀透明LAS微晶玻璃(Zerodur)用来制造大型天文望远镜的反射镜是成功的应用范例之一，已经用它制得直径达12m，重达几千吨的巨型镜坯。

1.2零膨胀LAS透明微晶玻璃在导航方面的应用(激光陀螺仪)

激光陀螺仪是用于精密测量回转体系方向变化的仪器，是目前国际上最先进的新一代精密制导系统的核心部件，广泛应用于导弹、卫星、军舰等各种飞行器上。LAS系零膨胀透明微晶玻璃作为激光陀螺仪的关键骨架材料，必须具有高度的透明性和高度的光学均匀性、热循环条件下的长期热稳定性和抗永久性畸变的能力，而Zerodur极低的膨胀性能和非常低的He渗透性对此应用来说尤其重要。

1.3零膨胀LAS透明微晶玻璃应用于精密机械

许多材料(金属、玻璃、晶体、塑料等)随温度变化而膨胀或收缩,形状发生变化，所以必须预先将设备保持恒温(空调或恒温室中等)或长时间放置使其温度稳定。锂铝硅微晶玻璃具有低膨胀性能，甚至环境温度在0~100K的变化区间内形状也不发生变化。高能激光工业中的CO2激光谐振器中用由多根长达20m的Zerodur棒组成的并联结构，所以在环境温度或激光器部件的温度发生变化时，而激光器的位置并不发生变化。

1.4特种电光源用微晶玻璃(投影光源反射器用微晶玻璃)

零膨胀LAS透明微晶玻璃具有机械强度高，坚硬耐磨以及良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的使用环境；软化温度高，即使在高温条件下也能保持较高的机械强度；电绝缘性能优良，介电损耗小、介电常数稳定；密度小，且具有质地致密，不透水、不透气等优异性能。投影仪上反射器所选用的材料及性能对整机的使用寿命、图象显示质量有重要影响，而且对投影系统价格起着举足轻重的作用。特种电光源用耐热低膨胀微晶玻璃以其优良的性能、廉价的原材料和较低的制造成本，不失为一种高性能、低价位、应用广泛的实用新型特种电光源用材料。

1.5微波炉用器皿

微波炉用器皿一般可以用陶瓷或专用塑料材料，而不能用金属或搪瓷材料。这是因为微波碰上金属制品将发生短路和反射现象。如果把食物盛在金属容器里加热,微波遇到金属容器后立即全部反射回去，食物得不到热源加热；另外由于高频微波全部反射回去，就形成了电子技术上的高频短路，这会导致发射微波的电子管阳极产生高温，烧到发红而损坏。零膨胀LAS透明微晶玻璃易被微波穿透、耐腐蚀，且耐热不易变形，不会因短路和反射现象造成微波炉的损坏。

1.6高温观察窗用微晶玻璃

高温观察窗用零膨胀LAS透明微晶玻璃具有耐高温、耐腐蚀、高强度、高屏效的特点，在满足屏蔽性能和环境要求指标的前提下，提高了可视性要求和环境要求，为电子信息设备及系统的安全防护提供了关键的技术支撑。

目前低膨胀微晶玻璃的产业化应用已经相对成熟，该领域的研究已经从基本性能的要求向低能耗高性能方向转变。虽然经过多年的研究低膨胀锂铝硅透明微晶玻璃已经取得了令人瞩目的成果，但作为一种重要的多晶材料，零膨胀LAS透明玻璃仍然面临一些重要的研究课题。比如其脆性大、不耐冲击的弱点限制了它的广泛使用。多年来人们采用了各种方法提高与改善陶瓷材料的强韧性。研究表明：采用纤维增强的方法既能保证材料强韧性的同步提高，又能有效地改善材料的高温性能。

碳纤维是具有高强度、高模量、低伸长、低密度，高耐磨性以及导电性能的新型纤维。它可直接用作耐蚀性气体的滤材和液体的高温滤材、高温绝缘材料、催化剂载体、静电消除器等。碳纤维的密度在1.8g/cm3，比铝还要轻，只相当于铁的1/4，但比钢还要硬，强度是铁的10倍。目前，绝大多数碳纤维以复合材料的形式出现，如碳纤维增强塑料(CFRP)、碳纤维增强橡胶(CFRR)、碳纤维增强碳基复合材料(C/C)、碳纤维增强金属复合材料(CFRM),碳纤维增强陶瓷(CFRC)、碳纤维增强纸等。随着科技的发展，应用领域与日俱增，它们除了广泛应用于航空航天等高技术领域，还可用于文体用品、纺织机械、医疗器械、生物工程、建筑材料、化工机械、运输车辆等方面。此外，在开发研究不用润滑油的轴承、齿轮、轴瓦、转轴、提升轮等运动频繁、负荷大的零件方面也有很好的前景。

近几十年来碳纤维的生产向高强度、高模量方向发展，已生产出高模量碳纤维(HM)、超