[发明专利]一种不规则状或微尺度晶体材料体膨胀系数的测试方法

说明书

本发明属于材料检测技术领域，尤其涉及一种不规则状或微尺度晶体材料体膨胀系数的测试方法。该方法通过采集材料在不同温度下的XRD衍射图谱，并通过计算各个物相晶格常数的膨胀系数，进一步计算获得材料的体膨胀系数α_V。该方法能够实现不规则状及微尺度试样的体膨胀系数的测定，包括微构件、薄膜材料、元器件用引线及焊料等材料。具有对试样要求低、操作简单、表征高效的特点。该发明解决了不规则状及微尺度材料热膨胀系数不易检测的难题，具有较强的应用价值。

技术领域

本发明属于材料检测技术领域，尤其涉及一种不规则状或微尺度晶体材料体膨胀系数的测试方法，不规则状是指非标准杆件。

背景技术

在温度交替环境下，材料会产生明显的热胀冷缩现象，该现象在自然界普遍存在。但该现象可能会产生一些严重的后果，它会影响精密部件的精确度，比如，材料的热胀冷缩导致卫星相机精度的严重损失；它会影响材料的成型质量，比如，金属锻造、轧制或挤压等工艺过程中，受温度变化影响，导致残余应力和变形被引入，在最坏的情况下会形成裂纹型的缺陷；它也会造成异质部位的相对运动而产生裂纹，比如，电子元器件中的芯片和印制电路板在冷热交变环境中运行会因异质材料热响应的不匹配，而出现焊点开裂失效。因此，材料在使用过程中尺寸的热稳定性成为结构设计中重点关注的因素。衡量物体热膨胀特性的主要参数是物体主材的热膨胀系数。热膨胀系数作为材料的基本热物理参数之一，是表征材料性质的重要特征量，通常分为线膨胀系数和体膨胀系数。进行材料的热膨胀系数测试方法开发，对于科学研究、技术发展、工程应用都具有重要的理论意义及实践价值。

材料的标准杆件在单位温度变化下长度变化率被定义为热膨胀系数，然而这种定义不尽合理，它忽略了材料杆件横向热膨胀以及由于横向尺寸差异引起的整体热膨胀的差异。因而现在越来越多的科研人员开始关注材料三维方向的尺寸变化量，即针对材料体膨胀特性开展研究。然而，体膨胀测试依然存在诸多问题：测试对象限于标准杆件，接触面必须是平整的或是大半径的圆形，对于不规则状的试样、微尺度材料试样极其不易实现。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种不规则状或微尺度晶体材料体膨胀系数的测试方法。

一种不规则状或微尺度晶体材料体膨胀系数的测试方法，该方法的步骤包括：

(1)在常温下对待测试的晶体材料进行XRD测试，获取常温下待测试的晶体材料的XRD图谱；

(2)根据步骤(1)中得到的XRD图谱中晶面与衍射角的关系，求出待测试的晶体材料在常温下的晶格常数a₁、b₁、c₁；

(3)在温度T下对待测试的晶体材料进行XRD测试，获取温度T下待测试的晶体材料的XRD图谱，温度T一般取所关注的晶体材料的使用服役温度；

(4)根据步骤(3)中得到的XRD图谱中晶面与衍射角的关系，求出待测试的晶体材料在不同高温下的晶格常数a_i、b_i、c_i；i为不同高温的编号，比如当不同高温分别为80℃、100℃、150℃时，i取2、3、4，i取2时表示温度为80℃时的晶体材料的晶格常数a₂、b₂、c₂；

(5)进行a_i～T、b_i～T、c_i～T拟合，得到三条拟合曲线，对得到的三条拟合曲线分别基于方程求得晶轴a、b、c的线膨胀系数α_a、α_b、α_c；

(6)对于均相材料，利用公式α_V＝α_a+α_b+α_c计算晶体材料的体膨胀系数α_V；