基于超声液浸脉冲回波法的锂铝硅酸盐超低膨胀玻璃陶瓷热膨胀系数无损表征方法

《Materials》：Optimization of Ultrasonic Parameters and Model Development for Nondestructive CTE Measurement of LAS Ultra-Low-Expansion Glass Ceramics

　　

摘要

锂铝硅酸盐（LAS）超低膨胀玻璃陶瓷是精密光学系统的核心材料，其质量和尺寸稳定性在很大程度上受制于热膨胀系数（CTE）的均匀性。本文提出了一种无损超声液浸脉冲回波（UIPR）方法，用于快速、低成本地表征LAS玻璃陶瓷的CTE。通过有限元法（FEM）模拟和实验验证优化了超声测量系统的关键参数。采用相关法，测量了具有明显不同CTE值的LAS玻璃陶瓷样品中的超声纵波速度。所提出的方法实现了0.49 m/s的超声纵波速度测量不确定度，对超声CTE测量总不确定度的贡献为4.78 ppb/°C。在所研究的样品集中，超声纵波速度与平均CTE（0–50 °C）之间存在负相关关系。线性拟合得到的斜率为?9.75736 (ppb/°C)/(m/s)，皮尔逊相关系数为?0.84303。该方法具有非接触、无损的特点，为CTE评估及材料制备工艺的高效迭代优化奠定了坚实的方法学基础。同时，该方法在大型LAS玻璃陶瓷CTE均匀性的快速全口径表征方面也展现出巨大潜力。