1、貴州大學(xué)論文（設(shè)計(jì)）貴州大學(xué)論文（設(shè)計(jì)）功能材料論文論文題目：熱雙金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景學(xué)院：化學(xué)與化工學(xué)院專 業(yè)：材 料化學(xué) 班 級(jí)：材料化學(xué) 121學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2015年6月6日論文誠(chéng)信責(zé)任書本人鄭重聲明：本人所呈交的論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究 所完成。論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等， 均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期：貴州大學(xué)論文第e設(shè)計(jì)）第I頁貴州大學(xué)論文第e設(shè)計(jì)）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(xiàn)狀 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1發(fā)展?fàn)顩r 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.2分類及應(yīng)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(shù) 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(fù)合法 4 HYPER

4、LINK l bookmark34 o Current Document 爆炸復(fù)合法 4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 真空擴(kuò)散法 4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.6化學(xué)復(fù)合雙金屬簇 4 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4.7可控氣氛復(fù)合 44.7.3退火處理 5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第5章應(yīng)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(hù)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(gòu)造呼吸墻壁 7 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第6章結(jié)語 8 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 參考文獻(xiàn) 8 HY

6、PERLINK l bookmark56 o Current Document 致謝 9貴州大學(xué)論文（設(shè)計(jì)）第H頁貴州大學(xué)論文（設(shè)計(jì)）第H頁熱雙金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景摘要本文對(duì)熱雙金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理、制備技術(shù)及應(yīng)用前景進(jìn)行了較為全面 的介紹熱雙金屬材料當(dāng)受到溫度變化時(shí)，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(diào)節(jié)控制、檢測(cè)與保護(hù)元 器件,越來越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。除此之外，它具有良好的控溫性能，在未來的建筑 領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：熱雙金屬，發(fā)展現(xiàn)狀，工作原理，制備技術(shù)，應(yīng)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(xué)論文（設(shè)計(jì)）第 頁貴州大學(xué)論文（設(shè)計(jì)）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(shù)的金屬或合金復(fù)合組成條片或 薄板形狀的復(fù)合材料，屬于功能材料的范疇。因各層永久性地結(jié)合在一起，當(dāng)受到溫度變 化時(shí)，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(fù)合與冷軋復(fù)合兩種，這兩種工藝 采用的都是組元固相復(fù)合原理。其工作原理是利用不同合金組元間的熱膨脹系數(shù)差異，在升高（或降低）同樣溫度厶T時(shí)因組元層不同的伸長(zhǎng)量（或收縮量）發(fā)生彎曲變形，這樣就能將熱能簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化為機(jī)械能， 產(chǎn)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(chǎn)工藝技術(shù)成熟（發(fā)展歷史已近100年）、設(shè)計(jì)靈活多變。因而已被廣泛地 應(yīng)用于各種測(cè)量或控制電器及其它需熱轉(zhuǎn)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(lǐng)域中可用作建筑的皮膚，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動(dòng)調(diào)

11、節(jié)。其中中國(guó)科 學(xué)家設(shè)計(jì)的熱雙金屬層保護(hù)的玻璃盒子”、美國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)的“Bloom裝置和蚱蜢式構(gòu) 造呼吸墻壁”等已經(jīng)奠定了其在建筑領(lǐng)域的基礎(chǔ)。第2章熱雙金屬的發(fā)展現(xiàn)狀2.1發(fā)展?fàn)顩r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(diǎn)，熱雙金屬材料廣 泛應(yīng)用于一般工業(yè)（恒溫裝置、限流器、蒸汽溫度調(diào)節(jié)等）、汽車（汽化控制器、香煙點(diǎn)火 器等）、建筑（暖氣、冷氣設(shè)備）、家庭（取暖用放熱器、熨斗、吹風(fēng)機(jī)）、電器工業(yè)（熱繼電 器、低壓空氣斷路器等），成了當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)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(duì)熱雙金屬材料的需求大大 增加，對(duì)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(duì)微型溫度控制元件的制造有著極其重要 的意義。國(guó)內(nèi)外熱雙金屬材料主要的加工工藝流程是：復(fù)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(guó)，廣東佛山精密電工合金有限公司在 熱雙金屬材料的技術(shù)控制及生產(chǎn)水平上遙遙領(lǐng)先。2.2分類及應(yīng)用根據(jù)熱雙金屬本身的特性及其應(yīng)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(shù)）和機(jī)械強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)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(dá)80C。2.2.4高靈敏度型具有很高的比彎曲系數(shù)（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(shù)）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(fù)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(chǎn)生一個(gè)真正具有恒定半徑的弧度。在一定溫度下，兩種長(zhǎng)度相等

14、，并且分別具有較高和較低熱膨脹系數(shù)的金屬（或合金）條片A和B。f B旦當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，其相對(duì)長(zhǎng)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(jié)合在一起，則當(dāng)溫度升高時(shí)，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(shù)差值和溫度變化，而反比于復(fù)合條片的厚度。同時(shí)，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(jù)維拉索（Villarceau）推薦,可按下列公式計(jì)算熱雙金屬平直形條片的比彎曲K式中:a膨脹系數(shù)的平均值；E彈性模量； T溫度差值；t組元層厚度，當(dāng)77=

15、 （f：）1時(shí)，可獲得最佳彎曲比。設(shè)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(xiàng)要求，所以彎曲程度的大?。▽?duì)初始狀態(tài)不平直的條片來說,是指彎曲變化值大?。皇菦Q定上述三個(gè)相互無關(guān)的因素。溫度變化、厚度與材料常數(shù)。材料常數(shù)即是我們熟悉的維拉索系數(shù)：V =斗他-%）受溫度影響導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)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(shù)熱雙金屬生產(chǎn)工藝復(fù)雜，其中的復(fù)合工藝是生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文就各種復(fù)合工藝進(jìn)行比較，分析其科學(xué)性和適用性。1熔合法熔合法是將低熔點(diǎn)合金加熱至熔融狀態(tài)，是其熔焊在高熔點(diǎn)合金上的一種復(fù)合方法。 此法僅適用于兩組之間合金熔點(diǎn)差異懸殊的熱雙

16、金屬。加工的低熔點(diǎn)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(diǎn)差異，將低熔點(diǎn)合金澆注在一特殊的扁模內(nèi) ，然后將模內(nèi)的抽板 提升，在把高熔點(diǎn)合金澆注在抽板提升后的空位上，即可得到復(fù)合的熱雙金屬坯料。其 工藝掌握困難，結(jié)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(fù)合法利用高溫、高壓把組元層合金予以復(fù)合的一種方法。此法因其每對(duì)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(fù)合法利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波能量，使組元層的原子間相互嚙合的一種復(fù)合法。其結(jié)合面與雙澆法相比不出現(xiàn)中間過度層，但不平滑有小

17、的波浪，結(jié)合強(qiáng)度高。此法對(duì)環(huán)境污染較大，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有特定的要求此法適用于兩種金屬和合金的復(fù)合，有色金屬及其合金與鋼的復(fù)合真空擴(kuò)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(shí) 間后、冷卻即可獲得熱雙金屬坯料。此法用于生產(chǎn)熱膨脹系數(shù)小的難熔金屬作為被動(dòng)層的無磁熱雙金屬。4.6化學(xué)復(fù)合雙金屬簇電化學(xué)法復(fù)合雙金屬簇是采用兩種保護(hù)性金屬陽極作為金屬源，電化學(xué)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(diào)整兩陽極的電流密度可控制兩金屬的相對(duì)比例。4.7可控氣氛復(fù)合可控氣氛熱復(fù)合是在室溫固相復(fù)合的基礎(chǔ)上發(fā)

18、展起來的，它比室溫固相復(fù)合所生產(chǎn)的產(chǎn)品性能更為優(yōu)越。4.7.1原材料的準(zhǔn)備及清洗根據(jù)所需要的熱雙金屬的比彎曲、電阻率等參數(shù)，可控氣氛熱復(fù)合的計(jì)算程序可以選擇適當(dāng)?shù)脑牧?、厚度比等參?shù)。在復(fù)合之前材料的結(jié)合面必須進(jìn)行徹底的清洗，無任何雜物及氧化物，清洗在全自動(dòng)的清洗線上完成。4.7.2可控氣氛熱復(fù)合復(fù)合是在復(fù)合軋機(jī)上完成的。其結(jié)構(gòu)如圖：圖1復(fù)合軋機(jī)可控氣荻護(hù)可控氣飆劃復(fù)合收卷機(jī)復(fù)合是相互接觸的金屬表面之間的一種永久結(jié)合，當(dāng)相互接觸的金屬原子的外層軌道 電子形成金屬鍵后，復(fù)合過程才算完成?？煽貧夥諢釓?fù)合是指清洗后的材料在一定的可 控氣氛爐中在一定的壓力下經(jīng)軋機(jī)使材料得以復(fù)合，其變形率為20% 40

19、%。4.7.3退火處理退火可控氣氛熱復(fù)合后，進(jìn)行退火，用于清除復(fù)合過程中帶來的加工硬化現(xiàn)象，為后續(xù)的精軋做準(zhǔn)備。 退火在專用的臥式退火爐中進(jìn)行 。第5章應(yīng)用前景熱雙金屬最具有潛力的是在未來建筑領(lǐng)域的應(yīng)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(xiàn)擴(kuò)張與回縮，該過程猶如人體的呼吸過程，因此也可稱其為 會(huì) 呼吸的金屬”受熱發(fā)生卷曲，降至初始溫度時(shí)恢復(fù)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(xué)家相繼設(shè)計(jì)出了幾種熱雙金屬 在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的模型。貴州大學(xué)論文（設(shè)計(jì)）第 頁貴州大學(xué)論文（設(shè)計(jì)）第 頁5.1“ Bloom” 裝置它是一個(gè)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(dāng)太陽光照射在它的表面時(shí)，它可以限制太陽光通過裝置的量；第二，是一個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)這樣被它困在F面的熱空氣可以在有需要的時(shí)候穿過或者離開這個(gè)裝置。圖2 “ Bloom裝置5.2熱雙金屬層保護(hù)的玻璃盒子外部被熱雙金屬層護(hù)套保護(hù)，由中國(guó)科學(xué)家發(fā)明，一個(gè)屏幕環(huán)繞，且該熱雙金屬層可 以根據(jù)太陽移動(dòng)進(jìn)行開關(guān)，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(shí)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(nèi)清新的狀況。圖3熱雙金屬層保護(hù)的玻璃盒子5.3熱雙金屬式系統(tǒng)在一個(gè)雙層玻璃窗之間安裝熱雙金屬片，當(dāng)陽光照射到外層時(shí)，它

21、會(huì)加熱兩層玻璃中間的空隙，熱雙金屬受熱發(fā)生彎曲，它會(huì)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(shí)間有不同溫度，這取決于 太陽光照射的強(qiáng)度。圖4熱雙金屬式系統(tǒng)5.4蚱蜢式構(gòu)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(cè)面的呼吸孔來呼吸，這些呼吸孔讓 空氣進(jìn)入并且通過系統(tǒng)達(dá)降溫的目的，蚱蜢的身體構(gòu)造及其呼吸方式，可應(yīng)用到建筑當(dāng) 中，在建筑的側(cè)面覆上一層熱雙金屬層，當(dāng)冷空氣流經(jīng)墻壁時(shí)，熱雙金屬閉合，阻止空 氣進(jìn)入，熱空氣流過時(shí)，熱雙金屬受熱時(shí)發(fā)生卷曲，空氣從建筑的側(cè)面進(jìn)入到建筑內(nèi)部, 室內(nèi)溫度可自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼。n冷空氣熱空氣八、一圖5蚱蜢式構(gòu)造呼吸墻壁空調(diào)出現(xiàn)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(nèi)部冬暖 夏涼。平板玻璃的到來，冷軋鋼技術(shù)的出現(xiàn)及大規(guī)模的生產(chǎn)，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(jī)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(hù)層，這樣，起到限制太陽光起到自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫