熱雙金屬材料的發(fā)展現狀及應用前景畢業(yè)設計論文

1、貴州大學論文（設計）貴州大學論文（設計）功能材料論文論文題目：熱雙金屬材料的發(fā)展現狀及應用前景學院：化學與化工學院專 業(yè)：材 料化學 班 級：材料化學 121學 號：學生姓名：指導教師：2015年6月6日論文誠信責任書本人鄭重聲明：本人所呈交的論文，是在導師的指導下獨立進行研究 所完成。論文中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等， 均已明確注明出處。特此聲明。論文（設計）作者簽名： 日期：貴州大學論文第e設計）第I頁貴州大學論文第e設計）第I頁目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 摘要 n HYPERLI

2、NK l bookmark12 o Current Document Abstract n HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第1章引言 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第2章熱雙金屬的發(fā)展現狀 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1發(fā)展狀況 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.2分類及應用 12.2.1通用型 22.2.2高溫型 22.2.3低溫型 22.2.4高靈敏度型 22

3、.2.5電阻型 22.2.6特殊型 22.2.7耐腐蝕型 2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第三章熱雙金屬的工作原理 2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第4章熱雙金屬的制備技術 3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1 熔合法 4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2 雙澆法 4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 熱軋復合法 4 HYPER

4、LINK l bookmark34 o Current Document 爆炸復合法 4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 真空擴散法 4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.6化學復合雙金屬簇 4 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4.7可控氣氛復合 44.7.3退火處理 5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第5章應用前景 5 HYPERLINK l bookmark44 o Current

5、 Document 5.1“ Bloom” 裝置 6 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 5.2熱雙金屬層保護的玻璃盒子 6 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 5.3熱雙金屬式系統(tǒng) 6 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 5.4蚱蜢式構造呼吸墻壁 7 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第6章結語 8 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 參考文獻 8 HY

6、PERLINK l bookmark56 o Current Document 致謝 9貴州大學論文（設計）第H頁貴州大學論文（設計）第H頁熱雙金屬材料的發(fā)展現狀及應用前景摘要本文對熱雙金屬材料的發(fā)展現狀、工作原理、制備技術及應用前景進行了較為全面 的介紹熱雙金屬材料當受到溫度變化時，將使材料的曲率改變。此曲率隨溫度而變化 (溫曲率)是各種熱雙金屬的基本性能。因其這一特性，它作為調節(jié)控制、檢測與保護元 器件,越來越廣泛地應用于各個領域。除此之外，它具有良好的控溫性能，在未來的建筑 領域也有著巨大的應用前景。關鍵詞：熱雙金屬，發(fā)展現狀，工作原理，制備技術，應用前景AbstractIn this

7、article,the development status of thermal bimetal material, working principle, preparati on tech no logy and applicati on prospect were comprehe nsively in troduced. Thermal bimetal material when subjected to temperature changes will make the curvature of the material cha nge. The rate of cha nge wi

8、th temperature (temperature and curvature) is the basic performance of thermal bimetal. As a result of its characteristics, it is used in various fields as regulatio n con trol, detect ion and protect ion comp onen ts. I n additi on, it has good temperature control performance, in the future constru

9、ction field also has a huge application prospect. Keywords: Hot bimetallic, developme nt status, worki ng prin ciple, preparati on tech no logy, applicatio n prospect貴州大學論文（設計）第 頁貴州大學論文（設計）第 頁第1章引言熱雙金屬材料一般是用兩層或多層具有不同膨脹系數的金屬或合金復合組成條片或 薄板形狀的復合材料，屬于功能材料的范疇。因各層永久性地結合在一起，當受到溫度變 化時，將使材料的曲率改變。此曲率隨溫度而變化 （溫曲

10、率）是各種熱雙金屬的基本性能 。熱雙金屬制造有各種工藝，其中用得最普遍的是熱軋復合與冷軋復合兩種，這兩種工藝 采用的都是組元固相復合原理。其工作原理是利用不同合金組元間的熱膨脹系數差異，在升高（或降低）同樣溫度厶T時因組元層不同的伸長量（或收縮量）發(fā)生彎曲變形，這樣就能將熱能簡單轉化為機械能， 產生一定的力或位移。與其它熱敏材料（如記憶合金、PTC材料等）相比，熱雙金屬材料 成本較低、生產工藝技術成熟（發(fā)展歷史已近100年）、設計靈活多變。因而已被廣泛地 應用于各種測量或控制電器及其它需熱轉換功能裝置的傳感元件。然而，因其良好的控 溫性能，在未來建筑領域中可用作建筑的皮膚，實現室內溫度的自動調

11、節(jié)。其中中國科 學家設計的熱雙金屬層保護的玻璃盒子”、美國科學家設計的“Bloom裝置和蚱蜢式構 造呼吸墻壁”等已經奠定了其在建筑領域的基礎。第2章熱雙金屬的發(fā)展現狀2.1發(fā)展狀況由于其優(yōu)越的溫度控制和電阻控制等物理性能以及成本低的特點，熱雙金屬材料廣 泛應用于一般工業(yè)（恒溫裝置、限流器、蒸汽溫度調節(jié)等）、汽車（汽化控制器、香煙點火 器等）、建筑（暖氣、冷氣設備）、家庭（取暖用放熱器、熨斗、吹風機）、電器工業(yè)（熱繼電 器、低壓空氣斷路器等），成了當代工業(yè)生產不可缺少特別是低壓電器行業(yè)一直是無可 替代的一種功能材料3。隨著家用電器、建筑行業(yè)的發(fā)展，對熱雙金屬材料的需求大大 增加，對材料的外觀形貌

12、也提出了更高的要求。隨著電器向高精尖方向發(fā)展，提高薄型 （0.3 mm厚以下）熱雙金屬材料的板型一致性對微型溫度控制元件的制造有著極其重要 的意義。國內外熱雙金屬材料主要的加工工藝流程是：復合一熱處理一軋制一后加工。 其中軋制過程分為開坯軋制和成品精軋制。在我國，廣東佛山精密電工合金有限公司在 熱雙金屬材料的技術控制及生產水平上遙遙領先。2.2分類及應用根據熱雙金屬本身的特性及其應用范圍，可分為 8類2.2.1通用型適用用于多種用途的品種，它有較高的熱敏感性能（較大的比彎曲系數）和機械強度 以及中等使用溫度范圍。2.2.2高溫型置用于300C以上溫度工作。要求有較高的機械強度和良好的抗氧化性能

13、，但熱敏感 性較低。2.2.3低溫型重用于0C以下溫度。性能要求與通用型相近。最低溫度可達80C。2.2.4高靈敏度型具有很高的比彎曲系數（K值）、高電阻率等等性，但腐蝕性能很差。2.2.5電阻型這種類型中電阻率有多種、多樣，而其性能（如比彎曲系數）基本相同。適用于小型化 微型斷路器。2.2.6特殊型具有各種特殊性能。2.2.7耐腐蝕型采用電鍍、復耐蝕金屬方法使熱雙金屬元件具有較好的耐腐蝕性能3。第三章熱雙金屬的工作原理取熱雙金屬帶材一直條元件，開始或是平直形或是具有一均勻的原始曲率，則一均勻變化溫度所造成的變化曲率也將是均勻的，也即將產生一個真正具有恒定半徑的弧度。在一定溫度下，兩種長度相等

14、，并且分別具有較高和較低熱膨脹系數的金屬（或合金）條片A和B。f B旦當環(huán)境溫度升高時，其相對長度發(fā)生變化1 才 NJ jT JT Jr_h I一 _c B如果兩條片事先被緊密地結合在一起，則當溫度升高時，高膨脹條片A將被壓縮,而低膨 脹條片B將被拉伸。這些作用力將形成使直條元件彎曲成均勻弧度力矩AB熱雙金屬的曲率變化值是正比于組元層膨脹系數差值和溫度變化，而反比于復合條片的厚度。同時，彎曲率還受到兩條片的彈性模量之比及其厚度之比的影響。根據維拉索（Villarceau）推薦,可按下列公式計算熱雙金屬平直形條片的比彎曲K式中:a膨脹系數的平均值；E彈性模量； T溫度差值；t組元層厚度，當77=

15、 （f：）1時，可獲得最佳彎曲比。設熱雙金屬片厚度t為兩組元層厚度的總和，于是得下大多兩層熱雙金屬均可滿足這項要求，所以彎曲程度的大?。▽Τ跏紶顟B(tài)不平直的條片來說,是指彎曲變化值大小），只是決定上述三個相互無關的因素。溫度變化、厚度與材料常數。材料常數即是我們熟悉的維拉索系數：V =斗他-%）受溫度影響導致內應力的不均，從而使材料發(fā)生彎曲變形。第4章熱雙金屬的制備技術熱雙金屬生產工藝復雜，其中的復合工藝是生產的關鍵環(huán)節(jié)。本文就各種復合工藝進行比較，分析其科學性和適用性。1熔合法熔合法是將低熔點合金加熱至熔融狀態(tài)，是其熔焊在高熔點合金上的一種復合方法。 此法僅適用于兩組之間合金熔點差異懸殊的熱雙

16、金屬。加工的低熔點合金表面易形成許多小縮孔，因而表面需加工，造成成材率低。2雙澆法利用組元合金的熔點差異，將低熔點合金澆注在一特殊的扁模內 ，然后將模內的抽板 提升，在把高熔點合金澆注在抽板提升后的空位上，即可得到復合的熱雙金屬坯料。其 工藝掌握困難，結合面系鑄態(tài)，所以厚度比不均勻，性能的一致性、穩(wěn)定性差。熱軋復合法利用高溫、高壓把組元層合金予以復合的一種方法。此法因其每對坯料均需刨削加工,其厚度不一致，造成熱雙金屬性能一致性和穩(wěn)定性差，而且成材率低，僅34%40%。爆炸復合法利用炸藥爆炸產生的沖擊波能量，使組元層的原子間相互嚙合的一種復合法。其結合面與雙澆法相比不出現中間過度層，但不平滑有小

17、的波浪，結合強度高。此法對環(huán)境污染較大，對生產現場有特定的要求此法適用于兩種金屬和合金的復合，有色金屬及其合金與鋼的復合真空擴散法在真空狀態(tài)下利用高溫、高壓將軋制到一定厚度的、并清洗脫脂過的帶材保溫一定時 間后、冷卻即可獲得熱雙金屬坯料。此法用于生產熱膨脹系數小的難熔金屬作為被動層的無磁熱雙金屬。4.6化學復合雙金屬簇電化學法復合雙金屬簇是采用兩種保護性金屬陽極作為金屬源，電化學法制備了四烷基銨鹽，穩(wěn)定化的、尺寸在 2.5mm3.5mm的雙金屬簇，如Ni/Pd、Fe /Co、Fe/Ni5。通過調整兩陽極的電流密度可控制兩金屬的相對比例。4.7可控氣氛復合可控氣氛熱復合是在室溫固相復合的基礎上發(fā)

18、展起來的，它比室溫固相復合所生產的產品性能更為優(yōu)越。4.7.1原材料的準備及清洗根據所需要的熱雙金屬的比彎曲、電阻率等參數，可控氣氛熱復合的計算程序可以選擇適當的原材料、厚度比等參數。在復合之前材料的結合面必須進行徹底的清洗，無任何雜物及氧化物，清洗在全自動的清洗線上完成。4.7.2可控氣氛熱復合復合是在復合軋機上完成的。其結構如圖：圖1復合軋機可控氣荻護可控氣飆劃復合收卷機復合是相互接觸的金屬表面之間的一種永久結合，當相互接觸的金屬原子的外層軌道 電子形成金屬鍵后，復合過程才算完成?？煽貧夥諢釓秃鲜侵盖逑春蟮牟牧显谝欢ǖ目?控氣氛爐中在一定的壓力下經軋機使材料得以復合，其變形率為20% 40

19、%。4.7.3退火處理退火可控氣氛熱復合后，進行退火，用于清除復合過程中帶來的加工硬化現象，為后續(xù)的精軋做準備。 退火在專用的臥式退火爐中進行 。第5章應用前景熱雙金屬最具有潛力的是在未來建筑領域的應用。熱雙金屬材料一般主要制成熱雙金屬片，受溫度影響出現擴張與回縮，該過程猶如人體的呼吸過程，因此也可稱其為 會 呼吸的金屬”受熱發(fā)生卷曲，降至初始溫度時恢復原狀，受溫度影響從而控制空氣的 太陽光的通過量，因而具有良好的控溫性能。目前，科學家相繼設計出了幾種熱雙金屬 在建筑領域應用的模型。貴州大學論文（設計）第 頁貴州大學論文（設計）第 頁5.1“ Bloom” 裝置它是一個熱雙金屬做的遮蓬。需做的

20、兩件事：第一做成遮太陽的裝置，當太陽光照射在它的表面時，它可以限制太陽光通過裝置的量；第二，是一個通風系統(tǒng)這樣被它困在F面的熱空氣可以在有需要的時候穿過或者離開這個裝置。圖2 “ Bloom裝置5.2熱雙金屬層保護的玻璃盒子外部被熱雙金屬層護套保護，由中國科學家發(fā)明，一個屏幕環(huán)繞，且該熱雙金屬層可 以根據太陽移動進行開關，此外，它還可以遮擋隱私區(qū)域，這樣可將私人空間與公共空 間在一天不同的時間區(qū)別開來。這樣的房子不需要窗簾和百葉窗，人們可在這棟建筑上 擋上一些東西，并能管理室內清新的狀況。圖3熱雙金屬層保護的玻璃盒子5.3熱雙金屬式系統(tǒng)在一個雙層玻璃窗之間安裝熱雙金屬片，當陽光照射到外層時，它

21、會加熱兩層玻璃中間的空隙，熱雙金屬受熱發(fā)生彎曲，它會在建筑的某些區(qū)域擋住陽光。一棟高樓的大板體 系，從一樓直到幾十層，整棟建筑的表面，可能在一天不同時間有不同溫度，這取決于 太陽光照射的強度。圖4熱雙金屬式系統(tǒng)5.4蚱蜢式構造呼吸墻壁蚱蜢有一套完全不同的呼吸系統(tǒng)，它們通過身體側面的呼吸孔來呼吸，這些呼吸孔讓 空氣進入并且通過系統(tǒng)達降溫的目的，蚱蜢的身體構造及其呼吸方式，可應用到建筑當 中，在建筑的側面覆上一層熱雙金屬層，當冷空氣流經墻壁時，熱雙金屬閉合，阻止空 氣進入，熱空氣流過時，熱雙金屬受熱時發(fā)生卷曲，空氣從建筑的側面進入到建筑內部, 室內溫度可自動調節(jié)，從而實現冬暖夏涼。n冷空氣熱空氣八、一圖5蚱蜢式構造呼吸墻壁空調出現之前，要砌一層厚厚的墻，厚墻是很好的隔熱材料，可保持墻的內部冬暖 夏涼。平板玻璃的到來，冷軋鋼技術的出現及大規(guī)模的生產，建筑物由天花板到地板都 是玻璃，無任何阻擋視線的東西，人們逐漸依賴機電冷卻系統(tǒng)來給曬燙了的房間降溫， 此外，在我們失去能源之后，我們不能開窗，這些建筑不再適合居住，必須空置出來。 因此，在建筑的表面覆上一層熱雙金屬保護層，這樣，起到限制太陽光起到自動調節(jié)室內溫