熱膨脹系數(shù)46565

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1、材料熱膨脹系數(shù)的測(cè)定物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。熱膨脹系數(shù)是材料的主要物理性質(zhì)z—,它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。在實(shí)際M用屮，當(dāng)兩種不同的材料彼此焊接或熔接時(shí)，選擇材料的熱膨脹系數(shù)顯得尤為重要，如玻璃儀器、陶瓷制品的焊接加工，都要求二種材料具備相近的膨脹系數(shù)。在電真空工業(yè)和儀器制造工業(yè)中廣泛地將非金屬材料(玻璃、陶瓷)與各種金加焊接，也耍求兩者有相適應(yīng)的熱膨脹系數(shù)；如果選擇材料的膨脹系數(shù)相差比較大，炸接時(shí)rh于膨脹的速度不同,在焊接處產(chǎn)住應(yīng)力，降低了材料的機(jī)械強(qiáng)度和氣密性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊接處脫落、炸裂、漏氣或漏汕。

2、如果層狀物由兩種材料迭置連接而成，則溫度變化時(shí)，由于兩種材料膨脹值不同,若仍連接在一起，體系中要采用——中間膨脹值，從而使一種材料中產(chǎn)生壓應(yīng)力而另一種材料中產(chǎn)生大小相等的張應(yīng)力，恰當(dāng)?shù)乩眠@個(gè)特性，可以增加制品的強(qiáng)度。因此，測(cè)定材料的熱膨脹系數(shù)具有重要的意義。目前，測(cè)定材料線膨脹系數(shù)的方法很多，有示差法(或稱“石英膨脹計(jì)法”)、雙線法、光干涉法、重量溫度計(jì)法等。在所有這些測(cè)試方法中，以示差法具有廣泛的實(shí)用意義。國(guó)內(nèi)外示差法所采用的測(cè)試儀器很多，冇分立式膨脹儀(如wciSS立式膨脹儀)和臥式膨脹儀(如HTV型、UBD型、RPZ—1型晶體管式白動(dòng)熱膨脹儀)

3、兩種。有工廠的定型產(chǎn)甜，也有自制的石英膨脹計(jì)。此外，雙線法在生產(chǎn)中也是一種快速測(cè)量法。本實(shí)驗(yàn)采用示差法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康??了解測(cè)定材料的膨脹曲線對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)意義。2.掌握示差法和雙線法測(cè)定熱膨脹系數(shù)的原理和方法、測(cè)試要點(diǎn)。3.利用材料的熱膨脹Illi線，確定玻璃材料的特征溫度。二、實(shí)驗(yàn)原理一般的普通材料，通常所說(shuō)膨脹系數(shù)是指線膨脹系數(shù)，其意義是溫度升高1°C時(shí)單位長(zhǎng)度上所增加的長(zhǎng)度，單位為厘米/厘米?度。假設(shè)物體原來(lái)的長(zhǎng)度為5,溫度升高后長(zhǎng)度的增加量為AL,實(shí)驗(yàn)指出它們Z間存在如卜關(guān)系：ZL/L()=a】Z^t(1)式中的⑷稱為線膨脹系數(shù)，也就是溫度每

4、升高1°C時(shí)，物體的相對(duì)仲氏。當(dāng)物體的溫度從T

5、上升到T2時(shí)，其體積也從V,變化為V2,則該物體在T1至T2的溫度范圍內(nèi)，溫度每上升一個(gè)單位，單位體積物體的平均增長(zhǎng)量為P=(Vi-V2)/V1(T1-T2)(2)式中，卩為平均體膨脹系數(shù)。從測(cè)試技術(shù)來(lái)說(shuō)，測(cè)體膨脹系數(shù)較為復(fù)雜。因此，在討論材料的熱膨脹系數(shù)時(shí)，常常采用線膨脹系數(shù)a=(L]—L2)/L](T

6、—T2)⑶式中：a—玻璃的平均線膨脹系數(shù)；L）—在溫度為T］時(shí)試樣的長(zhǎng)度；L2—在溫度為T2時(shí)試樣的長(zhǎng)度。B與a的關(guān)系是p=3a+3a2-AT2+a3-AT3（4）方程（4）屮的第二項(xiàng)和第三項(xiàng)非常小，在

7、實(shí)際屮一般略去不計(jì)，而取滬3a。必須指出，由于膨脹系數(shù)實(shí)際上并不是一個(gè)恒定的值，而是隨溫度變化的，所以上述膨脹系數(shù)都是具有在一?定溫度范圍Zt內(nèi)的平均值的概念，因此使用時(shí)要注意它適用的溫度范圍。表1一些材料的膨脹系數(shù)材料名稱線膨脹系數(shù)（10蟻）0?1000°C材料名稱線膨脹系數(shù)(106K-!)0?1000°C材料名稱線膨脹系數(shù)(106K'')0?1000°CA13O2I8.8ZrO2（穩(wěn)定化）10硼硅玻璃3BeO9.0TiC7.4粘土耐火材5.5MgO13.5B4C4.5剛玉瓷5?5.5莫來(lái)石5.3SiC4.7硬質(zhì)瓷6尖晶石7.6石英玻璃0.5滑石瓷

8、7?9氧化鉆4.2鈉鈣硅玻璃9.0鈦酸飲瓷10示差法是基于采用熱穩(wěn)定性良好的材料石英玻璃（棒和管）在較高溫度下，其線膨脹系數(shù)隨溫度而改變的性質(zhì)很小，當(dāng)溫度升高時(shí)，石英玻璃與其小的待測(cè)試樣與石英玻璃棒都會(huì)發(fā)生膨脹，但是待測(cè)試樣的膨脹比石英玻璃管上同樣長(zhǎng)度部分的膨脹要大。因血使得與待測(cè)試樣相接觸的石英玻璃棒發(fā)*移動(dòng)，這個(gè)移動(dòng)是石英玻璃管、右英玻璃棒和待測(cè)試樣三者的同時(shí)伸長(zhǎng)和部分抵消后在千分表上所顯示的AL值，它包括試樣與石英玻璃管和石英玻璃棒的熱膨脹之差值，測(cè)定出這個(gè)系統(tǒng)的伸長(zhǎng)之羌值及加熱前后溫度的羌數(shù)，并根據(jù)已知石英玻璃的膨脹系數(shù)，便可算出待測(cè)試樣的熱膨

9、脹系數(shù)。圖1石英膨脹儀示意圖圖2是石英膨脹儀的工作原理分析圖，從圖中可見，膨脹儀上千分表上的讀數(shù)為△L=AL1—AL2由此得：△]]=△!.+AL2根據(jù)定義，待測(cè)試樣的線膨脹系數(shù)a=(AL+AL2)/L-At=(AL/L-At)+(AL2/L-At)其屮AL2/L?At=a石所以a=a石十(AL/L?At)若溫度差為t2-tP則待測(cè)試樣的平均線膨脹系數(shù)a可按下式計(jì)算:a=a石+AL/L（12一t】）（5）式中：a石一石英玻璃的平均線膨脹系數(shù)（按下列溫度范圍取值）；5.7x10-7度“(0“2300°C)5.9x10-7度"(0--400°C)5.8x1

10、0-7度"(0-1000°C)5.97x10-7度"（200?700C）h—開始測(cè)定時(shí)的溫度；