惯性仪表精度漂移的材料问题与尺寸稳定性复合材料设计

陀螺、加速度计等惯性器件是高精度传感器,对零件的微小变形有着极其敏感的反应。因此,惯性器件材料的尺寸稳定性问题一直是提高精度的关键。作者长期研究发现,惯性仪表精度及其稳定性在结构设计确定的情况下与加工、装配有关,但是本质性的因素是材料在长期温度扰动下的“变形”“变性”“变质”问题。我国关于惯性器件材料尺寸稳定性的研究十分薄弱,材料与工艺技术已经成为制约仪表精度的“卡脖子”问题。本文重点介绍了材料“变形”即在温度扰动下微纳变形的研究结果。首先分析了惯性器件的服役环境以及该服役环境下的材料响应,从而提出复合材料尺寸稳定性设计的基本原理。通过材料设计,为解决低频谐振、复杂结构热应力变形、动载荷弹性变形、长期静载荷微纳米级变形、长期储存下材料时效自发变形等问题提供了有效的材料设计方案。设计制备的仪表级SiC/Al复合材料在核心关键指标上优于铍材,在“高新工程”、“北斗工程”等重大工程中显示出优异的技术效果。     

影响惯性仪表精度长期稳定的材料学问题与对策

陀螺仪和加速度计等惯性仪表的精度对零组件的尺寸变化有着极其敏感的反应。随着对惯性仪表精度及其稳定性研究的深入,发现材料的尺寸不稳定是导致精度稳定性差的主要原因之一。以多种惯性仪表构件的常用材料为例,从材料学角度系统综述了微观缺陷、第二相、晶粒和织构、内应力以及环境因素对材料尺寸稳定性的影响规律,并提出了如何从材料内禀特性出发改善惯性仪表精度长期稳定性,展望了惯性仪表材料与工艺的未来发展方向。