07 膨胀合金幻灯片.ppt

南航材料学院 王寅岗 第七章 膨胀合金 在电子技术特别是仪器、仪表和电真空技术中使用着一类具有特殊膨胀系数的合金，称为膨胀合金。按膨胀系数大小又将其分为三种： (1) 低膨胀合金（亦称因瓦合金）。主要用于仪器仪表中随温度变化尺寸近似恒定的元件，如精密天平的臂、标准钟摆杆、摆轮、长度标尺、大地测量基准尺、谐振腔、微波通讯的波导管、标准频率发生器等。还用作热双金属的被动层。 (2) 定膨胀合金。由于这种合金与玻璃、陶瓷或云母等的膨胀系数接近，可与之匹配（或非匹配）封接，所以又称为封接合金。被广泛地应用于电子管、晶体管、集成电路等电真空器件中作封接、引线和结构材料。 (3) 高膨胀合金。主要用作热双金属的主动层。 第七章 膨胀合金 热膨胀的物理本质及影响因素 定膨胀合金 金属与合金的热膨胀特性、热膨胀的物理本质及影响因素、反常热膨胀现象 低膨胀合金 FeNi36因瓦合金、Fe-Ni-Co系超因瓦合金、其他低膨胀合金 高膨胀合金 Fe-Ni-Co系定膨胀合金、其他定膨胀合金 热双金属 热双金属的主要特性参数、材料的组成、分类及生产工艺 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（1） 一、金属与合金的热膨胀特性 1、热膨胀 金属与合金在加热或冷却时尺寸和体积发生变化，这种由于温度变化导致尺寸和体积变化的现象叫做热膨胀。表征金属与合金热膨胀的主要参数是膨胀系数。 2、热膨胀系数 线膨胀系数?T、体膨胀系数?T 平均线膨胀系数： 设长度为l的金属或合金温度变化dT时，长度的变化为dl。定义线膨胀系数?T为 (1/?C) （1）、线膨胀系数 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（2） ?T称为真实线膨胀系数，即某一温度时金属或合金尺寸的变化率。 (1/?C) ll、 l2——温度T1、 T2时试样的长度 （2）、体膨胀系数 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（3） 设体积为V的金属或合金温度变化dT时，体积的变化为dV。定义体膨胀系数?T为 ?T称为真实体膨胀系数，即某一温度时金属或合金体积的变化率。 (1/?C) Vl 、V2——温度T1 、T2时试样的体积 (1/?C) 平均体膨胀系数： 二、热膨胀的物理本质及影响因素 1、影响金属与合金热膨胀系数的一般规律 （1）、纯金属的热膨胀现象 热膨胀的物理本质 长度的相对变化与温度的关系和点阵常数与温度关系具有一致性 金属的熔点越高，热膨胀系数越小。 大多数纯金属从绝对零度到熔点间的固态体积变化接近于一常数。 立方与六方： 正方： 原子间结合力越强，熔点越高，热膨胀系数越低 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（4） （2）、合金的热膨胀 成分、相、组织状态与热膨胀系数的关系 合金的热膨胀系数主要取决于组成相及其相对量 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（5） （3）、几种典型的热膨胀 热 膨 胀 正常热膨胀 反常热膨胀 正反常热膨胀 负反常热膨胀 0 温度 热膨胀系数 1 2 3 反常热膨胀 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（6） m ~ 3, n m 原子间距 R 原子间的相互作用力F与位能 W 斥力 合力 引力 位能 R0 2、正常热膨胀的双原子模型 热膨胀的物理本质：温度变化时材料原子间结合力发生变化。 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（7） 三、反常热膨胀现象 1、反常热膨胀现象 镍和Fe-Ni35at%合金的膨胀系数随温度的变化 虚线表示正常热膨胀时?值，阴影区表示反常热膨胀的范围和大小，箭头指居里点，?l/l表示最大反常热膨胀量。 正反常 负反常 （因瓦反常） 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（8） 2、因瓦反常 因瓦反常的合金在居里温度以上具有与一般合金类似的正常热膨胀，而在居里温度以下则出现反常热膨胀。 图中虚线代表因瓦合金在Tc温度以下，随铁磁性减小线长度的相对收缩量。 因瓦合金与一般合金的热膨胀曲线 1-因瓦合金 2一般合金 这说明因瓦合金的反常热膨胀与其铁磁性密切相关，居里点以下合金为铁磁性，随饱和磁化强度的改变相应发生体积变化，即自发体积磁致伸缩。 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（9） 低膨胀合金： 四、具有特殊热膨胀系数的合金 20~100 ?C ?1.8?10-6/?C, 如Fe-36wt%Ni 定膨胀合金： 20~400 ?C =4~11?10-6/?C, 如Ni29Co18Fe52Xx 20~400 ?C ?12?10-6/?C, 如Mn75Ni15Cu10 高膨胀合金： 7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（10） 7.2 低膨胀合金（1） ??? 低膨胀材料在-60 ℃～100 ℃内膨胀系数极小。? ???