4材料热膨胀系数详解.ppt

材料线膨胀系数测定 几种无机材料的热膨胀曲线 如果金属在加热或冷却的过程中发生相变，由于不同组成的比容差异，将引起热膨胀的异常，这种异常的膨胀系数为研究材料中的组织转变提供了重要的信息。 研究金属热膨胀的另一方面兴趣来自于仪表对材料热膨胀性能的特殊要求。 例如，作为尺寸稳定零件的微波设备谐振腔、精密计时器和宇宙航行雷达天线等，都要求在气温变动范围内具有一定的膨胀系数的合金；电真空技术中为了与玻璃、陶瓷、云母、人造宝石等气密封接要求具有很低膨胀系数的合金；用于制造热敏性元件的双金属却要求高膨胀合金。 这就需要研究化学成分和组织结构对合金膨胀系数的影响。 根据原子热振动概念的热容理论，格留涅辛进行计算。在没有相变时，膨胀系数随温度的升高连续增大。 但对铁、钴、镍等铁磁金属，在温度靠近居里温度时，膨胀系数出现明显的反常。 其中镍和钴的膨胀系数实验值高于理论值，如图5-17所示，称为正反常，而铁的实验值低于理论值，称为负反常。 相变研究是材料科学中的一项基础研究工作，而相变临界点的测定对于每一个新钢种（或合金）总是不可缺少的。 以钢铁为例，由于在加热和冷却过程中存在同素异构转变，产生明显的体积效应，因而采用膨胀的测量来确定变相温度是一个很有效的方法。根据膨胀曲线来确定钢中a r 转变温度。 取热膨胀曲线上偏离纯热膨胀的点a、c 对应的温度为转变点。 b、d对应的温度为转变点。 取加热与冷却曲线上的四个极值点a’、 b’ 、d’ 、 c’对应的温度为转变点。 立式膨胀仪是将试样安放在一端封闭的石英管底部，使其保持良好的接触，试样的另一端通过一个石英顶杆将膨胀引起的位移传递到千分表上，即可读出不同温度下的膨胀量。 自制立式膨胀仪 自制立式膨胀仪（智能型） 图43-3 示差法测定材料膨胀系数的装置 １—? 测温热电偶；２—膨胀仪电炉；３—电热丝；４—电流表；５—调压器； ６—电炉铁壳；７—铜柱电炉芯；８—待测试棒；９—石英玻璃棒； １０—石英玻璃管；１１—遮热板；１２—铁制支承架；１３—千分表； １４—水瓶；１５—水银温度计； １６—电位差计。 加热速度是个极重要的因素。玻璃快速加热时，性质来不及反映该温度的最终值。 柯尔纳（O.Koeyner）和沙尔芒（H.Salmang）在研究硅酸盐的玻璃时发现，只有以 5 ℃/分钟的加热速度，加热试样时，才能清楚地看到Tg 。 同样试样，如果以 8 ℃/分钟的加热速度，加热试样时， Tg根本不显现。在这种情况下，玻璃在略低于Tg 温度下就开始软化，在膨胀曲线上没有突变。 加热速度减慢， Tg下降。 对于“碱-钙-硅玻璃”，M-符尔达（M.Fulda）得到下列数据： 这是由于玻璃快速加热时，性质来不及反映该温度下的最终值。 499 493 479 468 转变温度 ℃ 9 5 1 0.5 加热速度 ℃/分钟 * 目 录 一．目的意义 二．材料的热膨胀系数 三．材料热膨胀系数的检测方法 四．示差法的测定原理 五．实验过程 六．主要影响因素讨论 七．实验数据处理 一．目的意义 热膨胀 物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。 提高材料的热稳定性 降低材料的线膨胀系数，提高材料的热稳定性，提高材料的使用安全性。 提高材料的强度 如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间膨胀值，从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。 例：夹层玻璃 目的意义 焊接或熔接 当两种不同的材料彼此焊接或熔接时，都要求二种材料具备相近的膨胀系数。 如两种不同金属的焊接，玻璃仪器的焊接加工，在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料（玻璃、陶瓷）与各种金属焊接，也要求两者有相适应的热膨胀系数。 如果选择材料的膨胀系数相差比较大，焊接时由于膨胀的速度不同，在焊接处产生应力，降低了材料的机械强度和气密性，严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。 目的意义 合理使用材料 精密仪器（小型、大型），选用膨胀系数小的材料 例：大型加工机械 水泥路面