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石英玻璃的机械振动能量损耗特性*

2021-07-07张晓强杜秀蓉孙元成宋学富祖成奎

飞控与探测 2021年1期

张晓强,潘 瑶,杜秀蓉,孙元成,宋学富,花 宁,祖成奎

(1.中国建筑材料科学研究总院有限公司·北京·100024;2.国防科技大学 前沿交叉学科学院·长沙·410000;3.中建材衢州金格兰石英有限公司·衢州·324000)

0 引 言

石英玻璃是由硅氧键形成的短程有序、长程无序的非晶态材料,其简单的化学组分和致密的物理结构赋予了它独特的光学、电学和力学性能,该材料被广泛应用于航空航天、电子、激光等领域。材料的机械振动能量损耗也被称为内耗或者阻尼,是指材料在与外界环境完全隔绝的条件下发生振动时,由于内部微观结构因素而导致振动衰减、机械能转化为材料内能的现象。相对于大多数材料,石英玻璃的机械振动能量损耗较小,因此被成功应用于许多精密测控系统。例如在LIGO、VIRGO等引力波探测系统中,石英玻璃作为质量摆和悬挂丝的首选材料,可降低室温下系统热噪声对探测器灵敏度的影响;在固态波陀螺中,石英玻璃可用于制作核心部件谐振子,使陀螺零偏稳定性小于0.005(°)/h成为可能,极大地提高了陀螺的测量精度和稳定性。石英玻璃的机械振动能量损耗特性已成为精密测控器件及系统所关注的重要指标。

但是,受制备方法和工艺条件的影响,现实中的石英玻璃都或多或少地存在杂质、气泡、条纹等缺陷,这导致了其在质量和性能上的差异。即便是同一等级的石英玻璃,其性能也会因热历史的不同而存在差别。究竟哪一种石英玻璃具备更小的机械振动能量损耗,目前尚无定论。……

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