常用光(guang)機(ji)械材(cai)料(liao)的(de)比(bi)較(jiao)

常用光(guang)機(ji)械材(cai)料(liao)的(de)比(bi)較(jiao)

光機(ji)械廣(guang)泛應用於(yu)光(guang)學(xue)實(shi)驗(yan)中，合(he)適(shi)的(de)光(guang)機械能夠(gou)讓(rang)您快速而準確的(de)搭建(jian)光學(xue)實(shi)驗(yan)，實(shi)現(xian)設計(ji)方(fang)案。我(wo)們(men)在搭建(jian)光學(xue)實(shi)驗(yan)時，如(ru)何(he)選擇合(he)適(shi)的(de)光(guang)機械？需(xu)要考(kao)慮哪(na)些(xie)因素呢(ne)？本(ben)文將(jiang)會(hui)從材(cai)料(liao)的(de)角(jiao)度(du)給(gei)您提(ti)供壹些(xie)參(can)考(kao)。

大多數(shu)光機(ji)械部件是(shi)由(you)鋁(lv)、黃銅或(huo)不(bu)銹鋼制(zhi)成(cheng)的(de)。材(cai)料(liao)的(de)特(te)性直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)了(le)光(guang)機(ji)械(xie)的(de)整(zheng)體性能，因此(ci)，我們(men)將(jiang)在下面(mian)的(de)討(tao)論(lun)中對這些(xie)材(cai)料(liao)的(de)屬性做壹些(xie)對(dui)比(bi)。

剛度(du)

剛度(du)是(shi)指(zhi)材(cai)料(liao)或(huo)結構(gou)在受力(li)時抗(kang)彈性形(xing)變的(de)能(neng)力，是(shi)材(cai)料(liao)或(huo)結構(gou)彈性變形(xing)難易程(cheng)度(du)的(de)表(biao)征(zheng)，可(ke)以(yi)用引(yin)起(qi)壹(yi)個(ge)特(te)定應(ying)變所需(xu)應力(li)的(de)大(da)小來(lai)描(miao)述。應(ying)力(li)與(yu)應變成(cheng)比(bi)例(li)關(guan)系，並通(tong)過方(fang)程式(shi) σ = Eε 聯系起(qi)來(lai)，式(shi)中σ 和ε分(fen)別(bie)為應力(li)和(he)應(ying)變，E 為材(cai)料(liao)的(de)楊(yang)氏彈(dan)性模量。材(cai)料(liao)越硬(ying)，E 的(de)值越大(da)；反(fan)之越小。例如(ru)，不(bu)銹鋼的(de)剛(gang)度(du)大(da)約是(shi)鋁(lv)的(de)三(san)倍(bei)。當(dang)考(kao)慮穩定性或(huo)抗(kang)振(zhen)的(de)性能時，比(bi)剛(gang)度(du)（楊(yang)氏彈(dan)性模量除以(yi)材(cai)料(liao)密度(du)）很重要。具(ju)有(you)相同形(xing)狀和比(bi)剛(gang)度(du)的(de)部件將(jiang)會(hui)有相同的(de)基(ji)本(ben)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)。比(bi)剛(gang)度(du)越高(gao)，產生(sheng)的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)就越高(gao)，振(zhen)動(dong)穩(wen)定時(shi)間就越快(kuai)，振(zhen)動(dong)的(de)幹(gan)擾就會(hui)越低。

 脹(zhang)

溫度(du)改(gai)變可(ke)引起(qi)壹(yi)個(ge)機(ji)械(xie)件大小和形(xing)狀的(de)改(gai)變。機(ji)械件的(de)大(da)小和形(xing)狀的(de)改(gai)變量取(qu)決(jue)於(yu)該(gai)部件的(de)大(da)小、溫度(du)改(gai)變量及(ji)所用材(cai)料(liao)，方(fang)程式(shi)ΔL = αLΔT描述了(le)三(san)者(zhe)的(de)關(guan)系，式(shi)中α為材(cai)料(liao)的(de)熱膨脹(zhang)系數(shu)，L為部件長度(du)，ΔT為溫度(du)變化(hua)量。不(bu)銹鋼的(de)熱膨脹(zhang)系數(shu)大約是(shi)鋁(lv)的(de)壹(yi)半(ban)。當(dang)把(ba)該部件用於(yu)壹(yi)個需(xu)要幹(gan)涉測(ce)量級別(bie)的(de)穩(wen)定性的(de)應(ying)用時(shi)，熱膨脹(zhang)系數(shu)將(jiang)是(shi)考(kao)慮重點。

當(dang)部件溫度(du)變化(hua)不(bu)均(jun)勻(yun)時(shi)，鋁是(shi)hao的(de)選(xuan)擇。這種情況(kuang)出現(xian)在安裝(zhuang)壹(yi)個電(dian)源的(de)時(shi)候，例如(ru)壹(yi)個激光二(er)極管。因為二(er)極管的(de)溫(wen)度(du)比(bi)周(zhou)圍環(huan)境溫(wen)度(du)高(gao)，所以(yi)它(ta)可(ke)通(tong)過調節(jie)架散熱，從而沿(yan)該(gai)部件形(xing)成壹(yi)個溫(wen)度(du)梯度(du)。鋁(lv)的(de)導(dao)熱性比(bi)不(bu)銹鋼強十(shi)倍(bei)，因此(ci)鋁更(geng)容易散熱，從而可降(jiang)低熱梯度(du)值與形(xing)變量。不(bu)均(jun)勻(yun)的(de)溫(wen)度(du)變化(hua)引起(qi)的(de)形(xing)變與(yu)熱膨脹(zhang)系數(shu)和熱導(dao)系(xi)數(shu)有關(guan)。因此(ci)，在壹個(ge)溫(wen)度(du)變化(hua)不(bu)均(jun)勻(yun)的(de)環(huan)境中，鋁可以比(bi)不(bu)銹鋼少近三倍(bei)的(de)形(xing)變。盡(jin)管黃銅的(de)熱膨脹(zhang)系數(shu)與鋁(lv)接近，但黃銅的(de)熱導(dao)系(xi)數(shu)幾(ji)乎(hu)比(bi)鋁(lv)的(de)熱導(dao)系(xi)數(shu)差兩(liang)倍(bei)，因此(ci)，在該情況(kuang)下鋁(lv)是(shi)jia選(xuan)擇。

如(ru)果(guo)部件的(de)環(huan)境操(cao)作溫(wen)度(du)遠(yuan)不(bu)同(tong)於室溫，那麽應(ying)多加註(zhu)意由(you)壹(yi)種以上的(de)材(cai)料(liao)制(zhi)成(cheng)的(de)部件。例如(ru)，在壹個(ge)線(xian)性移動(dong)臺(tai)中，如(ru)果(guo)壹個平(ping)臺是(shi)鋁(lv)制(zhi)的(de)，而軸承(cheng)是(shi)不(bu)銹鋼制(zhi)的(de)，當(dang)溫度(du)改(gai)變時(shi)，鋁和不(bu)銹鋼將(jiang)以(yi)不(bu)同(tong)的(de)速(su)率膨脹(zhang)，平(ping)臺的(de)軸承(cheng)可能失(shi)去(qu)預(yu)緊力或(huo)者(zhe)移(yi)動(dong)臺(tai)可能因鋁和不(bu)銹鋼分(fen)界(jie)面(mian)處形(xing)成的(de)應(ying)力而彎曲(qu)。

不(bu)穩(wen)定性

材(cai)料(liao)的(de)不(bu)穩(wen)定性是(shi)指(zhi)外(wai)形(xing)尺寸(cun)可隨(sui)時(shi)間(jian)改(gai)變，即(ji)所謂(wei)的(de)冷(leng)變形(xing)或(huo)蠕變。您(nin)可能需(xu)要幾(ji)個月(yue)或(huo)者(zhe)幾(ji)年才能看(kan)到(dao)鋁(lv)、黃銅與不(bu)銹鋼的(de)蠕(ru)變。通(tong)常，部件的(de)機(ji)械設計(ji)對不(bu)穩(wen)定性所起(qi)影(ying)響(xiang)比(bi)材(cai)料(liao)的(de)選(xuan)擇對不(bu)穩(wen)定性的(de)影(ying)響大。例如(ru)，隨(sui)時(shi)間(jian)的(de)遷(qian)移，千分(fen)尺螺(luo)紋(wen)上的(de)潤(run)滑(hua)劑開(kai)始移動(dong)，並(bing)可引起(qi)千分(fen)尺輕(qing)微(wei)的(de)移(yi)動(dong)。同(tong)樣(yang)的(de)，如(ru)果(guo)壹個平(ping)移臺(tai)的(de)軸承(cheng)沒有進(jin)行充(chong)分(fen)的(de)硬(ying)化，當(dang)軸承(cheng)在接觸點處局部偏轉(zhuan)時，會(hui)導(dao)致(zhi)平(ping)移臺(tai)發(fa)生(sheng)微(wei)小位(wei)移(yi)。

鋁：鋁為壹種輕質(zhi)材(cai)料(liao)，可抵(di)抗(kang)冷變形(xing)或(huo)蠕變，具(ju)有(you)良好(hao)的(de)剛(gang)度(du)-密度(du)比(bi)。鋁不(bu)僅(jin)具(ju)有(you)相對較(jiao)高(gao)的(de)熱膨脹(zhang)系數(shu)，還具(ju)有(you)高(gao)導(dao)熱系數(shu)，此(ci)特征(zheng)使(shi)鋁在有溫(wen)度(du)梯度(du)或(huo)者(zhe)需(xu)要快速適(shi)應(ying)溫(wen)度(du)變化(hua)的(de)應(ying)用中成為壹個(ge)不(bu)錯(cuo)的(de)選(xuan)擇。鋁可快速(su)加(jia)工(gong)，成本(ben)較(jiao)低，可(ke)廣(guang)泛應用到(dao)部件的(de)結(jie)構中。在實(shi)驗(yan)室環境中，即使(shi)表面(mian)無防(fang)護(hu)，鋁(lv)也(ye)不(bu)易生(sheng)銹，並且較(jiao)耐腐(fu)蝕(shi)。陽(yang)極處(chu)理的(de)鋁(lv)有壹層很好的(de)氧化(hua)膜(mo)。然而，鋁的(de)陽(yang)極氧化(hua)膜(mo)外層(ceng)多孔，這(zhe)使(shi)它(ta)們(men)不(bu)適(shi)合(he)在高(gao)真空環境(jing)中使(shi)用。

不(bu)銹鋼：鋼具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)彈(dan)性模量，這(zhe)使(shi)它(ta)具(ju)有(you)很好的(de)剛(gang)度(du)（大(da)約是(shi)鋁(lv)的(de)三(san)倍(bei)），以(yi)及良好的(de)機(ji)械穩定性。同時(shi)，它(ta)的(de)熱膨脹(zhang)系數(shu)大約是(shi)鋁(lv)的(de)壹(yi)半(ban)，這(zhe)使(shi)它(ta)在均(jun)勻(yun)溫(wen)度(du)變化(hua)的(de)實(shi)驗(yan)環境(jing)中成為不(bu)錯(cuo)的(de)選(xuan)擇。加工鋼要比(bi)加(jia)工鋁緩(huan)慢(man)地(di)多，這使(shi)的(de)鋼(gang)部件相對昂貴。鋼的(de)腐(fu)蝕是(shi)壹(yi)個(ge)嚴(yan)重的(de)問(wen)題。不(bu)銹鋼合(he)金(jin)可避(bi)免(mian)其(qi)它(ta)種類鋼(gang)的(de)腐(fu)蝕問(wen)題。真空環境(jing)中通(tong)常使(shi)用不(bu)銹鋼材(cai)料(liao)。

黃銅：黃銅是(shi)重(zhong)金(jin)屬材(cai)料(liao)，比(bi)鋼(gang)的(de)密度(du)大(da)，可(ke)快(kuai)速(su)加工，它(ta)的(de)剛(gang)度(du)/密度(du)的(de)比(bi)率(lv)卻(que)不(bu)如(ru)鋁(lv)或(huo)鋼令(ling)人滿意。黃銅的(de)熱膨脹(zhang)系數(shu)與鋁(lv)相似，但(dan)是(shi)它(ta)的(de)導(dao)熱性比(bi)鋁(lv)差大約兩(liang)倍(bei)。然(ran)而，它(ta)是(shi)壹(yi)種良好(hao)的(de)耐(nai)磨損材(cai)料(liao)。黃銅用於(yu)壹(yi)些(xie)有(you)*的(de)抗(kang)蠕變要求(qiu)的(de)高(gao)精(jing)度(du)應(ying)用中，並可經金(jin)剛(gang)石(shi)打磨(mo)形(xing)成光(guang)滑(hua)的(de)表(biao)面(mian)。

定位(wei)部件中使(shi)用的(de)每(mei)種材(cai)料(liao)都有(you)自身*的(de)優(you)點與缺點，符合(he)所有(you)要求(qiu)的(de)完(wan)美(mei)材(cai)料(liao)並不(bu)存(cun)在。Newport有數(shu)百種光機(ji)械(xie)部件，您可(ke)根(gen)據實(shi)際(ji)應(ying)用環(huan)境(jing)和預(yu)算選擇適合(he)的(de)光(guang)機械。

森(sen)泉(quan)為您的(de)科(ke)研事(shi)業添(tian)磚(zhuan)加瓦：

1）  激光(guang)控制(zhi)：激(ji)光(guang)電(dian)流(liu)源、激光器(qi)溫(wen)控器、激光器(qi)控制(zhi)、伺(si)服(fu)設備(bei)與系(xi)統等等

2）  探(tan)測(ce)器(qi)：光電探(tan)測(ce)器(qi)、單光子計(ji)數(shu)器、單(dan)光子探(tan)測(ce)器(qi)、CCD、光譜(pu)分(fen)析(xi)系統等等

3）  定位(wei)與(yu)加工(gong)：納(na)米定位(wei)系(xi)統、微(wei)納(na)運動(dong)系(xi)統、多維(wei)位(wei)移(yi)臺、旋(xuan)轉臺、微(wei)型(xing)操(cao)作器(qi)等等

4）  光源(yuan)：半(ban)導(dao)體激光(guang)器、固(gu)體激光(guang)器、單(dan)頻(pin)激(ji)光(guang)器、單(dan)縱模(mo)激(ji)光(guang)器、窄線(xian)寬激(ji)光(guang)器、光(guang)通(tong)訊(xun)波段激光(guang)器、CO2激光(guang)器、中紅外激光(guang)器(qi)、染(ran)料(liao)激光(guang)器、飛(fei)秒(miao)超(chao)快激(ji)光(guang)器(qi)等等

5）  光機(ji)械件：用於(yu)光(guang)路(lu)系統搭建(jian)的(de)高(gao)品(pin)質(zhi)無(wu)應力(li)光機械件，如(ru)光(guang)學(xue)調(tiao)整(zheng)架、鏡(jing)架、支撐桿、固(gu)定底(di)座(zuo)等等

6）  光學(xue)平(ping)臺：主(zhu)動(dong)隔振(zhen)平(ping)臺、氣(qi)浮隔振(zhen)臺(tai)、實(shi)驗(yan)桌、剛(gang)性工作臺、面(mian)包(bao)板(ban)、隔振(zhen)、隔磁(ci)、隔聲綜合(he)解(jie)決(jue)方(fang)案等等

7）  光學(xue)元件：各類(lei)晶(jing)體、光纖(xian)、偏轉(zhuan)鏡(jing)、反(fan)射(she)鏡(jing)、透射(she)鏡(jing)、半(ban)透半(ban)反(fan)鏡(jing)、濾(lv)光(guang)片(pian)、衰(shuai)減片(pian)、玻片(pian)等等

8） 染料(liao)：激光(guang)染料(liao)、熒光(guang)染料(liao)、光致(zhi)變色(se)染料(liao)、光致(zhi)發(fa)光染料(liao)、吸(xi)收(shou)染料(liao)等等