專利名稱：非晶合金自由體積的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶合金自由體積的測定方法。
背景技術(shù)：
非晶合金自由體積是一個非常重要的參數(shù)。對于非晶合金自由體積的測定，現(xiàn)有 技術(shù)中有大量積極的嘗試，但并沒有非常令人信服和滿意的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人經(jīng)過大量深入的實際測定和研究，發(fā)現(xiàn)非晶合金的熱膨脹行為曲線具有 如下特性 在熱膨脹系數(shù)曲線中的Tg以下的區(qū)域，隨著溫度的增加，實際非晶合金的熱膨脹
系數(shù)比相應(yīng)的理想非晶合金的熱膨脹系數(shù)小，造成了實際非晶合金的體積熱膨脹量小于對
應(yīng)的理想非晶合金的體積熱膨脹量，而產(chǎn)生了一個對應(yīng)的(相對)線熱膨脹量差，這個(相
對)線熱膨脹量差，尤其是其所對應(yīng)的相對體積熱膨脹量差，表征了非晶合金的自由體積。 由此，本發(fā)明人提出了一種新穎的非晶合金自由體積測定方法。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種非晶合金自由體積的測定方法，其特征在于
包括 把待測定的非晶合金試樣放置在一個爐體中，所述爐體中設(shè)置有
加熱單元，用于對所述試樣進行加熱；
溫度測量裝置，用于測量所述試樣的溫度； 把一個推桿的一端抵在所述試樣上，所述推桿用熱膨脹可忽略的材料制成； 把所述推桿的另一端被置于一個位移傳感器的檢測范圍內(nèi)，從而通過用所述位移
傳感器檢測所述推桿的該另一端的位移，而檢測所述試樣的線熱膨脹量， 用一個數(shù)據(jù)處理單元對所述位移傳感器的輸出和所述溫度測量裝置的測量輸出
進行處理。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的非晶合金自由體積的測定方法的流程圖；
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的非晶合金自由體積的測定設(shè)備的配置示 意圖；圖3顯示了在5K/分鐘和96kPa施加應(yīng)力下測得的Ti^.sCi^.sZr^NiuHfsSii非晶 合金的熱膨脹曲線和熱膨脹系數(shù)曲線； 圖4顯示了在5K/分鐘和96kPa施加應(yīng)力下測得的(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si。.5非晶 合金的熱膨脹曲線和熱膨脹系數(shù)曲線。 圖5是圖2所示的非晶合金自由體積的測定設(shè)備中的數(shù)據(jù)處理單元的一個實施例 所包括的部分的框圖。
具體實施例方式
在如圖2示意顯示的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的非晶合金自由體積的測定設(shè)備 中，非晶合金試樣3被安放在爐體1中。爐體1中設(shè)置有圍繞試樣3的加熱單元2。熱電偶 4被用來測量試樣3的溫度。 推桿5用熱膨脹可忽略的材料(如氧化鋁)制成；推桿5的一端抵在試樣3上；在 本發(fā)明的實施例中，使推桿5向試樣3施加一個應(yīng)力(如96kPa);推桿5的另一端被置于 一個位移傳感器6的檢測范圍內(nèi)，從而通過用位移傳感器6檢測推桿5的該另一端的位移， 而檢測試樣3的線熱膨脹量。 位移傳感器6的檢測結(jié)果被送到數(shù)據(jù)處理單元7。熱電偶4的測量結(jié)果也被送至 數(shù)據(jù)處理單元7。 測試從一個起始溫度Ts (通常是一個室溫溫度)開始。
爐體1內(nèi)充有氬氣8。 圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的數(shù)據(jù)處理單元7所包括的部分的框圖。
如圖5所示，熱膨脹系數(shù)確定部分53根據(jù)來自位移傳感器6的位移傳感器測量數(shù) 據(jù)和來自熱電偶4的熱電偶測量數(shù)據(jù)，確定試樣在各個測試溫度點的熱膨脹系數(shù)。
實際線熱膨脹量確定部分52根據(jù)預(yù)先確定的試樣玻璃轉(zhuǎn)變點溫度值Tg和測量起 始溫度Ts，確定與溫度范圍Tg-Ts所對應(yīng)的實際測得的試樣線熱膨脹量。
理想線熱膨脹量確定部分56，根據(jù)起始溫度值Ts、預(yù)先確定的玻璃轉(zhuǎn)變溫度值 Tg、以及溫度范圍Ts-T。內(nèi)的熱膨脹系數(shù)即理想熱膨脹系數(shù)a ，計算理想線熱膨脹量ALC = a ATL。(其中AT二Tg-Ts，L。為非晶合金試樣的原始長度)。 線熱膨脹量差確定部分57根據(jù)理想線熱膨脹量確定部分56和實際線熱膨脹量確 定部分52的輸出結(jié)果，確定線熱膨脹量差S ，即溫度范圍Tg-Ts內(nèi)理想線熱膨脹量與實際 測得的線熱膨脹量之差。 以下描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工作過程。 在如圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例測定過程里，對制備非晶合金試樣(例 如，尺寸為小2 X 25mm的試樣)進行自由體積的測定，包括-利用如圖2所示意顯示的設(shè)備，對塊體非晶合金試樣進行熱膨脹測試(圖1中步 驟S2)。 在本發(fā)明人實際進行的試驗中，所用的熱膨脹儀型號為DIL 402C，試樣尺寸為 小2X25mm。 測試從一個起始溫度Ts (通常是一個室溫溫度)開始。-根據(jù)上述測試結(jié)果，由數(shù)據(jù)處理單元7獲得非晶合金試樣的熱膨脹曲線(S3)。 圖3和4分別顯示了 Ti4L5Cu42.5Zr2.5Ni7.5HfsSii非晶合金和(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si0.5
非晶合金的熱膨脹曲線；其中，加熱速率為5K/分鐘，推桿所施加應(yīng)力為96kPa。-由熱膨脹曲線的數(shù)據(jù)對溫度求導(dǎo)，得到熱膨脹系數(shù)曲線(步驟S5)。-圖3、4分別顯示了 Ti^Ci^.sZr^NiuHfsSii非晶合金和(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si0.5
非晶合金的熱膨脹系數(shù)曲線。-確定非晶合金試樣在Tg-Ts溫度段的理想線熱膨脹量A L。(步驟S8)，計算公式如下 △ Lc = a A TL0 其中 L。非晶合金試樣的原始長度； AT = Tg-Ts溫度段的溫度范圍值。-由試驗結(jié)果確定非晶合金試樣在Tg-Ts溫度段的實際線熱膨脹量ALJ步驟S9)。-計算與自由體積相關(guān)的線熱膨脹量差S (步驟S10)，計算公式如下 S = A Lc_ A LT = a A TL0_ A LT 本發(fā)明人由該S計算公式計算出兩種Ti基非晶合金試樣(原始長度均為25mm)
與自由體積相關(guān)的線若膨脹量差S分別為 Tiu.sCi^.sZr^NiuHfsSii非晶合金試樣為0. 007mm，禾口 (Ti44Cu43Zr7Ni6) 99 5Si。5非晶合金為0. 012mm。 如此， 對于Ti4L5CU42.5Zr2.5Ni7.5Hf5S^非晶合金試樣，相對線熱膨脹量差為S /初始試樣
長度=0. 007/25 = 0. 00028 = 0. 028%;即實際線熱膨脹量為理想線熱膨脹量的99. 972%，對應(yīng)地，實際體積熱膨脹量為理想體積熱膨脹量的100% x(O. 99972)3 = 99. 916%，即相對體積熱膨脹量差為O. 084%。 對于(Ti44Cu43Zr7Ni6)99.5Si。.5非晶合金試樣，相對線熱膨脹量差為S /初始試樣長度=0. 012/25 = 0. 00048 = 0. 048%;即實際線熱膨脹量為理想線熱膨脹量的99. 952%，對應(yīng)地，實際體積熱膨脹量為理想體積熱膨脹量的100% x(O. 99952)3 = 99. 808%，即相對體積熱膨脹量差為O. 192%。
相對體積熱膨脹量差的近似表示是 相對體積熱膨脹量差=(l-(l- S /初始試樣長度)3)xl00% 根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，相對體積熱膨脹量差的計算可以由線熱膨脹量差確定部分57進行。 由于非晶合金中存在自由體積，一部分熱膨脹被自由體積所"吸收"，導(dǎo)致了實際測得的線熱膨脹量小于"理想線熱膨脹量"AL。= a ATL。，而理想線熱膨脹量與實際測得的線熱膨脹量之差S ，尤其是對應(yīng)的上述相對體積熱膨脹量差，就是這種"吸收"的"能力"的度量自由體積越大則"吸收能力"越大，S和對應(yīng)的相對體積熱膨脹量差也相應(yīng)地越大。因此，該對應(yīng)的相對體積熱膨脹量差(l-(l-S/初始試樣長度)3)xl00X表示了非晶合金的自由體積。 以上結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)當理解的是，本發(fā)明不限于上述具體描述的實施例，相反，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以對本發(fā)明進行各種變形、替換和/或修正，這些變形、替換和/或修正均屬于所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
非晶合金自由體積的測定方法，其特征在于包括把待測定的非晶合金試樣(3)放置在一個爐體(1)中，所述爐體中設(shè)置有加熱單元(2)，用于對所述試樣進行加熱；溫度測量裝置(4)，用于測量所述試樣的溫度；把一個推桿(5)的一端抵在所述試樣上，所述推桿用熱膨脹可忽略的材料制成；把所述推桿的另一端被置于一個位移傳感器(6)的檢測范圍內(nèi)，從而通過用所述位移傳感器檢測所述推桿的該另一端的位移，而檢測所述試樣的線熱膨脹量；用一個數(shù)據(jù)處理單元(7)對所述位移傳感器(6)的輸出和所述溫度測量裝置(4)的輸出進行處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶合金自由體積的測定方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理單 元(7)所進行的所述處理進一步包括根據(jù)所述試樣的玻璃轉(zhuǎn)變點溫度Tg，確定與溫度范圍Tg-Ts所對應(yīng)的實際測得的線熱 膨脹量，其中Ts是測量起始溫度；根據(jù)所述起始溫度Ts、所述玻璃轉(zhuǎn)變點溫度Tg、在溫度Ts的熱膨脹系數(shù)即理想熱膨脹 系數(shù)a ，計算所述試樣的理想線熱膨脹量AL。 = a ATL。，其中AT = Tg-Ts， L。為所述非 晶合金試樣在溫度Ts下的長度即初始長度；以及根據(jù)所述實際測得的線熱膨脹量和所述理想線熱膨脹量，確定所述理想線熱膨脹量與 所述實際測得的線熱膨脹量之差(S )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非晶合金自由體積的測定方法，其特征在于進一步包括計算相對體積熱膨脹量差=S /初始試樣長度)3)xl00% 該相對體積熱膨脹量差表示了所述試樣的自由體積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非晶合金自由體積的測定方法，進一步包括用所述加熱單元(2)以一個恒定的加熱速率對所述試樣進行加熱， 用所述推桿對所述試樣施加一個恒定的作用力， 把惰性氣體充入所述爐體內(nèi)， 其中所述起始溫度Ts為一個室溫。
全文摘要
非晶合金自由體積的測定方法，其特征在于包括把待測定的非晶合金試樣(3)放置在一個爐體(1)中，所述爐體中設(shè)置有加熱單元(2)，用于對所述試樣進行加熱；溫度測量裝置(4)，用于測量所述試樣的溫度；把一個推桿(5)的一端抵在所述試樣上，所述推桿用熱膨脹可忽略的材料制成；把所述推桿的另一端被置于一個位移傳感器(6)的檢測范圍內(nèi)，從而通過用所述位移傳感器檢測所述推桿的該另一端的位移，而檢測所述試樣的線熱膨脹量；用一個數(shù)據(jù)處理單元(7)對所述位移傳感器(6)的輸出和所述溫度測量裝置(4)的測量輸出進行處理。
文檔編號G01B21/00GK101788281SQ200910077838
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者孫彥波, 張澤強, 張濤, 賈皓凌, 趙業(yè)青, 趙磊, 馬朝利, 魯圓圓 申請人:北京航空航天大學