一種多相復合零熱膨脹材料設計方法，利用兩種及以上在不同溫區響應的負熱膨脹系列材料，進行多相復合獲得零熱膨脹材料，組分比例根據混合律模型等利用計算程序語言計算得到，將以上組分比例的樣品充分研磨、混合、壓片、燒結后即可得到零熱膨脹材料或負熱膨脹材料，對于后者，與正熱膨脹材料進一步復合即可得到零熱膨脹材料。本發明的優點是在多個溫區內實現正熱膨脹與負熱膨脹的抵消，進而拓寬復合材料的零熱膨脹溫區，對設計具有零熱膨脹性質的復合材料具有指導意義。

技術領域

本發明涉及一種零熱膨脹復合材料的設計方法，特別是涉及一種多相復合零熱膨脹材料設計方法，該方法對設計具有零熱膨脹性質的復合材料具有指導意義，由此所得的零熱膨脹復合材料在航空航天，光學元件，微電子器件，光纖通訊等領域具有廣闊的應用前景。

背景技術

材料的熱脹冷縮特性作為一種普遍存在的現象，會顯著影響精密器件如光學元件、微電子器件、量具以及一些功能器件、結構件的穩定性、安全性和可靠性；因此現代工業中非常需要在變溫環境中既不膨脹也不收縮的材料，即零熱膨脹材料。通過復合方法將負熱膨脹材料與正熱膨脹材料復合可以獲得零熱膨脹材料，因而成為研究熱點。

目前用于零熱膨脹復合材料復合的負熱膨脹材料主要集中在兩類：(1)AM₂O₈類的氧化物材料，比如 ZrW₂O₈，該類材料在0.3-1050K的溫區范圍內表現出負熱膨脹特性，但由于制備工藝復雜，成本高，機械強度低等缺點，應用存在一定的局限性；(2)Mn基反鈣鈦礦類化合物，如Mn₃XN(X＝Cu,Zn,Ca,Ni,Ge, Sn等)，此類材料具有較好的電導、熱導、機械性能，其負熱膨脹發生在其磁有序到磁無序轉變溫度點附近，因此其負熱膨脹溫區比較窄。通過正熱膨脹材料與負熱膨脹材料復合獲得的零熱膨脹材料，其溫區受組份的負熱膨脹溫區限制，獲得的零熱膨脹的溫區不會超過組份的負熱膨脹溫區。為解決這個問題，將在不同溫區響應的負熱膨脹材料進行多相復合，實現多個溫區內的正熱膨脹與負熱膨脹的抵消，可顯著拓寬復合材料的零熱膨脹溫區。

發明內容

本發明旨在提供一種多相復合零熱膨脹材料的設計方法，通過設計組分比例，可以得到遠超組分材料負熱膨脹溫區的多相復合零熱膨脹材料，所得的零熱膨脹材料在航空航天，光學元件，微電子器件，光纖通訊等領域具有廣闊的應用前景。

本發明提供的多相復合零熱膨脹材料的設計方法不僅僅用于特定的材料體系。具體設計方法包括以下步驟：

(1)組份的選定，應該滿足以下要求：組分材料具有負熱膨脹性質，所有組份材料的負熱膨脹溫區疊加后完全覆蓋目標多相復合零熱膨脹材料的設計溫區；

(2)設計比例的確定，測量(1)選定的所有組份的熱膨脹數據，即相對膨脹量隨溫度的關系；利用復合材料熱膨系數的預測模型，如混合律模型，計算設計溫區內所有可能組分比例的復合材料的平均熱膨脹系數及其擬合優度，取平均膨脹系數小于1×10^-6/K且擬合優度最接近1的組分比例為設計比例。計算過程可用計算機程序語言編程并計算實現，計算程序框圖附圖說明的圖1所示。

(3)多相復合零膨脹材料的合成。若步驟(2)中得到的設計比例對應的平均熱膨脹系數絕對值小于 1×10^-6/K，則按照設計比例將組份材料在研磨工具內充分研磨并混合均勻，壓片，燒結，冷卻到室溫，即可得到多相復合零膨脹材料；

若步驟(2)中得到的設計比例所對應的平均熱膨脹系數小于-1×10^-6/K，則按照(2)得到的設計比例將組份材料混合后，加入一定比例的正熱膨脹材料充分研磨，混合均勻，壓片，燒結，冷卻到室溫，即可得到多相復合零熱膨脹材料；

附圖說明

圖1為計算設計比例的程序框圖。

圖2為1#，2#，3#，4#的相對膨脹量隨溫度的變化。