1、PDF外文：http:/ 3335 字 出处： Jakubinek M, Whitman C, White M. Negative thermal expansion materials: thermal properties and implications for composite materialsJ. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2009, 99(1): 165-172. 负热膨胀材料 -复合材料的热性能及其影响 作者： Michael B. Jakubinek Cathe
2、rine A. Whitman Mary Anne White 出版日期： 2010 年 期刊： J Therm Anal Calorim (2010) 99:165 172 摘要 有限元分析是用正热膨胀材料来探索负热膨胀复合材料 ，并评估热和机械性能，如冷却 /加热，几何形状和聚集率如何影响体膨胀和热应力。在温度快速变化的过程中，瞬时的热膨胀值可以被认为大于稳态值。此外，复合材料的热应力可能会更大，尤其在材料之间的界面，热应力甚至可以超过材料的强度。 关键词 &n
3、bsp; 复合材料 有限元法 负热膨胀 热膨胀 引言 许多材料特性都随温度变化，而变化的大小取决于它的温度依赖特性。热膨胀的体积系数是材料的一种内在属性，它的大小取决于材料和温度。热膨胀体积系数的定义为： pTVVV 1。由于热膨胀可能是各向异性的，所以考虑线性热膨胀系数也是有必要的， pTll 1 ，式中 l 代表线性尺寸。 热膨胀与原子间力的关系是非谐的：一个完美的立体调和函数具有： =0。通常来说，原子间的距离随温度的增加而增加，并且 大于零。在低温下，所有材料变得更加谐波，并且随
4、着 T 趋近于零， 也向零趋近。典型的室温附近材料的热膨胀系数是在 1510 K ,更硬的材料会展现一个更较低的 值【 1】。虽然大多数材料的热膨胀系数是正的，但是还有一些材料在某些特定方向有负膨胀的特性，还有少数的材料在各个方向上展现出负的膨胀系数，V 0【 2】。一些典型的热膨胀材料的系数如图一所示。 钨酸锆，82OZrW,是一个特别有特点的例子，因为它是立方向的，并且在 0.3K到 1050K 的温度区间之内都表现出负热膨胀特性。并且在 2K 到 350K 范围内【 3】， 16109 K 。82OZrW的负热膨胀特性是源于它的结构（如图 2 所示）： &nbs
5、p;图 1 热膨胀系数的典型值，关于组成和温度的依赖值 图 282OZrW的结构 相对严格的多面体是热激励的，当温度升高时，旋转可以使结构更加紧凑，如图 3 所示。 与负热膨胀性质相关的是所谓的刚性单元模式【 4】。其他在同一族中的材料同样 表现出负热膨胀特性【 5】。 被认为很有发展前途的一种做法是 :把负膨胀材料和正常的热膨胀材料结合来降低或者避免材料或元器件的热力性破坏。例如，负热膨胀材料已经用来和水泥【 6】和环氧基树脂【 7】的结合。 在本文中，我们讨论负热膨胀材料如何影响其他材料的热力性能，即热容量、热导率
6、、格林艾森常数和热应力。为应对高度热冲击而设计的抗断裂性材料，我们合并正和负热膨胀材料，以实现较低的热膨胀复合材料。为此，有限元分析用于探索不同的材料低 复合材料和评估如何参数，如热和机械性能，冷却 /加热率，和几何形状和包装分数的影响整体 膨胀和热应力在这种复合材料。 反常热容 许多固体材料的热容量可以根据温度和成分的热容量的函数的关系来准确预测；例如，方钠石的热容量可以根据 N a C lS iOOAlONa 26332322 【 8】。然而，钨酸锆的热容量却被显著地低估了 32 2WOZrO ,在 T=50K 时大约是它的 图 3 负热膨胀材料82OZrW刚性单元模式激发的图解
