常用光機械材料的比較

光機械廣泛應(yīng)用于光學實驗中,，合適的光機械能夠讓您快速而準確的搭建光學實驗,，實現(xiàn)設(shè)計方案。我們在搭建光學實驗時,，如何選擇合適的光機械,？需要考慮哪些因素呢？本文將會從材料的角度給您提供一些參考,。

大多數(shù)光機械部件是由鋁,、黃銅或不銹鋼制成的。材料的特性直接影響了光機械的整體性能,，因此,，我們將在下面的討論中對這些材料的屬性做一些對比。

剛度

剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受力時抗彈性形變的能力,，是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征,，可以用引起一個特定應(yīng)變所需應(yīng)力的大小來描述,。應(yīng)力與應(yīng)變成比例關(guān)系,，并通過方程式 σ = Eε 聯(lián)系起來,，式中σ 和ε分別為應(yīng)力和應(yīng)變，E 為材料的楊氏彈性模量,。材料越硬,，E 的值越大；反之越小,。例如,，不銹鋼的剛度大約是鋁的三倍。當考慮穩(wěn)定性或抗振的性能時,，比剛度（楊氏彈性模量除以材料密度）很重要,。具有相同形狀和比剛度的部件將會有相同的基本共振頻率。比剛度越高,，產(chǎn)生的共振頻率就越高,，振動穩(wěn)定時間就越快，振動的干擾就會越低,。

 脹

溫度改變可引起一個機械件大小和形狀的改變,。機械件的大小和形狀的改變量取決于該部件的大小、溫度改變量及所用材料,，方程式ΔL = αLΔT描述了三者的關(guān)系,，式中α為材料的熱膨脹系數(shù)，L為部件長度,，ΔT為溫度變化量,。不銹鋼的熱膨脹系數(shù)大約是鋁的一半。當把該部件用于一個需要干涉測量級別的穩(wěn)定性的應(yīng)用時,，熱膨脹系數(shù)將是考慮重點,。

當部件溫度變化不均勻時，鋁是hao的選擇,。這種情況出現(xiàn)在安裝一個電源的時候,，例如一個激光二極管。因為二極管的溫度比周圍環(huán)境溫度高,，所以它可通過調(diào)節(jié)架散熱,，從而沿該部件形成一個溫度梯度。鋁的導(dǎo)熱性比不銹鋼強十倍,，因此鋁更容易散熱,，從而可降低熱梯度值與形變量。不均勻的溫度變化引起的形變與熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)系數(shù)有關(guān),。因此,，在一個溫度變化不均勻的環(huán)境中,，鋁可以比不銹鋼少近三倍的形變。盡管黃銅的熱膨脹系數(shù)與鋁接近,，但黃銅的熱導(dǎo)系數(shù)幾乎比鋁的熱導(dǎo)系數(shù)差兩倍,，因此，在該情況下鋁是jia選擇,。

如果部件的環(huán)境操作溫度遠不同于室溫,，那么應(yīng)多加注意由一種以上的材料制成的部件。例如,，在一個線性移動臺中,，如果一個平臺是鋁制的，而軸承是不銹鋼制的,，當溫度改變時,，鋁和不銹鋼將以不同的速率膨脹，平臺的軸承可能失去預(yù)緊力或者移動臺可能因鋁和不銹鋼分界面處形成的應(yīng)力而彎曲,。

不穩(wěn)定性

材料的不穩(wěn)定性是指外形尺寸可隨時間改變,，即所謂的冷變形或蠕變。您可能需要幾個月或者幾年才能看到鋁,、黃銅與不銹鋼的蠕變,。通常，部件的機械設(shè)計對不穩(wěn)定性所起影響比材料的選擇對不穩(wěn)定性的影響大,。例如,，隨時間的遷移，千分尺螺紋上的潤滑劑開始移動,，并可引起千分尺輕微的移動,。同樣的，如果一個平移臺的軸承沒有進行充分的硬化,，當軸承在接觸點處局部偏轉(zhuǎn)時,，會導(dǎo)致平移臺發(fā)生微小位移。

鋁：鋁為一種輕質(zhì)材料,，可抵抗冷變形或蠕變,，具有良好的剛度-密度比。鋁不僅具有相對較高的熱膨脹系數(shù),，還具有高導(dǎo)熱系數(shù),，此特征使鋁在有溫度梯度或者需要快速適應(yīng)溫度變化的應(yīng)用中成為一個不錯的選擇。鋁可快速加工,，成本較低,，可廣泛應(yīng)用到部件的結(jié)構(gòu)中。在實驗室環(huán)境中,，即使表面無防護,，鋁也不易生銹,，并且較耐腐蝕。陽極處理的鋁有一層很好的氧化膜,。然而,，鋁的陽極氧化膜外層多孔，這使它們不適合在高真空環(huán)境中使用,。

不銹鋼：鋼具有較高的彈性模量,，這使它具有很好的剛度（大約是鋁的三倍）,，以及良好的機械穩(wěn)定性,。同時，它的熱膨脹系數(shù)大約是鋁的一半,，這使它在均勻溫度變化的實驗環(huán)境中成為不錯的選擇,。加工鋼要比加工鋁緩慢地多，這使的鋼部件相對昂貴,。鋼的腐蝕是一個嚴重的問題,。不銹鋼合金可避免其它種類鋼的腐蝕問題。真空環(huán)境中通常使用不銹鋼材料,。

黃銅：黃銅是重金屬材料,，比鋼的密度大，可快速加工,，它的剛度/密度的比率卻不如鋁或鋼令人滿意,。黃銅的熱膨脹系數(shù)與鋁相似，但是它的導(dǎo)熱性比鋁差大約兩倍,。然而,，它是一種良好的耐磨損材料。黃銅用于一些有*的抗蠕變要求的高精度應(yīng)用中,，并可經(jīng)金剛石打磨形成光滑的表面,。

定位部件中使用的每種材料都有自身*的優(yōu)點與缺點，符合所有要求的完美材料并不存在,。Newport有數(shù)百種光機械部件,，您可根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境和預(yù)算選擇適合的光機械。

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