《陶瓷涂层线热膨胀系数试验方法》.docx

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陶瓷涂层线热膨胀系数试验方法

1范围

本文件描述了用顶杆法测定陶瓷涂层室温到1500℃可重现线热膨胀系数的方法。

本文件适用于厚度大于0.5mm陶瓷涂层的横向、垂向可重现线热膨胀系数的测量，其它陶瓷基板材料也可参考使用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T1216外径千分尺

GB/T16535精细陶瓷线热膨胀系数试验方法顶杆法

GB/T21389游标、带表和数显卡尺

3术语和定义

GB/T16535界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1

陶瓷涂层ceramiccoatings

附着在某一基体材料上起着某种特殊作用，且与基体之间具有一定的结合强度的陶瓷薄层，用来提高基体的使用寿命、耐高温、耐腐蚀、抗压、耐磨、抗氧化等一系列性能指标。

注：结构如图1所示。

标引说明：

1——陶瓷涂层；2——基体；

x——横向（平行于基体方向）；y——垂向（垂直于基体方向）。

图1陶瓷涂层结构示意图

3.2

平均线热膨胀系数meanlinearthermalexpansioncoefficient在温度T1和T2之间的平均线热膨胀系数如公式(1)所示:

……(1)

式中：

L(T0)——环境温度T0下样品的初始长度，单位为毫米（mm）；L(T1)——温度T1下样品的长度，单位为毫米（mm）；

L(T2)——温度T2下样品的长度，单位为毫米（mm）。

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4原理

如附录A所示，陶瓷涂层在最初几个加热周期中表现出不稳定的线热膨胀系数，因此，应重复测量直到获得可重现的线热膨胀系数，测量程序如图2所示。样品制备如第6章所述，制备完成的样品在特定的气氛下，施加一很小的载荷，以一定的升降温速率加热或冷却样品至设定的温度，测量样品的长度变化，记录温度变化，计算样品线热膨胀系数，并重复测量直到满足第7章所述的要求，获得可重现的线热膨胀系数。

图2可重现线热膨胀系数的测量程序

5试验装置

5.1仪器设备

图3所示为一台用于测量线热膨胀系数的示例设备，测量所使用的垂直式热膨胀仪应符合GB/T16535的规定，并使用参比样品进行定期校准，应确保热电偶顶端与样品足够贴近。

标引说明：

1——载荷控制系统；2——位移测量系统；3——数据采集系统；

4——样品顶杆；5——样品支架；6——加热炉；

7——温度控制器；8——样品热电偶；9——横向样品；

10——横向样品支撑夹具；

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11——垂向样品（多层叠加）；12——垂向样品支撑夹具；

s——横向样品支撑夹具狭缝宽度；t——横向样品厚度；

D——垂向样品支撑夹具直径；d——垂向样品直径。

图3线热膨胀系数试验装置示意图

5.2支撑夹具

样品支撑夹具包括横向样品支撑夹具和垂向样品支撑夹具，要求如下：

a)建议使用支撑夹具防止样品翻转或倾斜，但应允许样品自由膨胀；

b)支撑夹具的材质不能与样品及样品支架发生反应，一般应与样品支架的材料相同。建议使用高纯度氧化铝制成支撑夹具；

c)支撑夹具的形状和尺寸取决于样品尺寸和所使用的仪器设备。

6样品

6.1样品制备

测试样品的制备要求如下：

a)先通过机械加工的方式切割出一块带有陶瓷涂层的基体用于样品制备，再通过机械加工或化学剥离的方法将陶瓷涂层从基体中分离出来，然后采用机械加工的方法制成单独的横向、垂向样品，制备过程如图4所示；

b)横向样品为长方体，长度应不小于10mm、宽度不小于5mm、厚度不小于0.5mm，长度方向平行度不大于0.02mm，样品表面无可见裂纹或瑕疵，应确保横向样品不会因加工时的应力发生弯曲；

c)单层垂向样品为圆柱体，直径不小于5mm，高度不小于0.5mm，单层垂向样品两端面要垂直于样品轴向，其平行度不大于0.02mm，样品表面无可见裂纹或瑕疵；垂向样品由多层叠加而成，总高度推荐尺寸为10mm~12mm。

a）样品制备过程示意图

b）横向和垂向样品形状

标引说明：

1——陶瓷涂层；2——基体；

3——去除基体；

4——机械加工；

l——横向样品长度；t——横向样品厚度；

w——横向样品宽度；

d——垂向样品直径；

h——单层垂向样品高度。

图4样品制备过程及形状示意图

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6.2参比