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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2018-06-13 09:13
物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的變化而膨脹的現(xiàn)象稱為熱膨脹。其變化能力以等壓(p一定)下,單位溫度變化所導(dǎo)致的長(zhǎng)度、面積或體積的變化,即熱膨脹系數(shù)表示。熱膨脹的本質(zhì)是晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)間的平均距離隨溫度變化而變化。材料的熱膨脹通常用線膨脹系數(shù)或者體膨脹系數(shù)來(lái)表述。熱膨脹系數(shù)是材料的主要物理性質(zhì)之一,它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。
二、熱膨脹系數(shù)檢測(cè)意義
在實(shí)際應(yīng)用中,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,都要求兩種材料具備相近的熱膨脹系數(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與各種金屬焊接,也要求兩者有相適應(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,焊接時(shí)由于膨脹的速度不同,在焊接處產(chǎn)生應(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、漏氣或漏油。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)睦眠@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)具有重要意義。
三、熱膨脹系數(shù)的影響因素
1. 化學(xué)礦物組成
熱膨脹系數(shù)與材料的化學(xué)組成、結(jié)晶狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、鍵的強(qiáng)度有關(guān)。組成相同,結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì),膨脹系數(shù)不相同。通常情況下,結(jié)構(gòu)緊密的晶體,膨脹系數(shù)較大;而類似于無(wú)定形的玻璃,往往有較小的膨脹系數(shù)。鍵強(qiáng)度高的材料一般會(huì)有低的膨脹系數(shù)。
2.相變
材料發(fā)生相變時(shí),其熱膨脹系數(shù)也要變化。純金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí),點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)重排伴隨著金屬比容突變,導(dǎo)致線膨脹系數(shù)發(fā)生不連續(xù)變化。
3.合金元素對(duì)合金熱膨脹有影響
簡(jiǎn)單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體合金的膨脹系數(shù)介于內(nèi)組元膨脹系數(shù)之間。而多相合金膨脹系數(shù)取決于組成相之間的性質(zhì)和數(shù)量,可以近似按照各相所占的體積百分比,利用混合定則粗略計(jì)算得到。
4.織構(gòu)的影響
單晶或多晶存在織構(gòu),導(dǎo)致晶體在各晶向上原子排列密度有差異,導(dǎo)致熱膨脹各向異性,平行晶體主軸方向熱膨脹系數(shù)大, 垂直方向熱膨脹系數(shù)小。
5.內(nèi)部裂紋及缺陷也會(huì)對(duì)熱膨脹產(chǎn)生影響
四、膨脹系數(shù)的測(cè)定方法
耐火材料線膨脹系數(shù)的常用測(cè)量方法是頂桿式間接法和望遠(yuǎn)鏡直讀法。新的激光法測(cè)定線膨脹系數(shù)也越來(lái)越受到重視。
頂桿法是一種經(jīng)典方法,采用機(jī)械測(cè)量原理,即將試樣的一端固定在支持器的端頭上,另一端與頂桿接觸,試樣、支持器和頂桿同時(shí)加熱,試樣與這些部件的熱膨脹差值被頂桿傳遞出來(lái),并被測(cè)量。這類儀器由于試樣位置(立式或臥式)、膨脹量的測(cè)量方法(直接測(cè)量、電子或光學(xué)方法)而區(qū)分成多種型號(hào)的儀器。應(yīng)用較普遍的是電感式膨脹儀。它的傳感器是差動(dòng)變壓器,也稱差動(dòng)變壓器熱膨脹儀。由于頂桿和支持器尺寸較長(zhǎng),高溫爐的加熱條件難于使溫度分布均勻一致,頂桿和支持器之間的膨脹量難以相互抵消,所以膨脹的測(cè)量值需要校正。
望遠(yuǎn)鏡直讀法是用雙筒望遠(yuǎn)鏡直接觀察爐內(nèi)高溫下試樣膨脹的變化值,通過(guò)計(jì)算得到線膨脹系數(shù)。測(cè)量溫度可高達(dá)2000℃,目鏡上的測(cè)微計(jì)直接測(cè)量試樣伸長(zhǎng)量。所用試樣較長(zhǎng),加熱爐要有足夠的恒溫帶。該方法的缺點(diǎn)是一般不易自動(dòng)記錄。
熱膨脹是近年發(fā)展的。它是以一激光束掃描試樣,而不斷測(cè)定試樣在加熱過(guò)程中長(zhǎng)度的變化。由于測(cè)量精度高、計(jì)算機(jī)組成的全自動(dòng)控制、記錄和多功能系統(tǒng)而受到歡迎。選擇熱膨脹測(cè)量方法時(shí)主要考慮測(cè)試范圍、待測(cè)材料的種類和特性、測(cè)量精度和靈敏度等。
五、熱膨脹系數(shù)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
1、GB/T 34183-2017 建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品 熱膨脹系數(shù)的測(cè)定
2、GB/T 3074.4-2016 石墨電極熱膨脹系數(shù)(CTE)測(cè)定方法
3、GB/T 16920-2015 玻璃 平均線熱膨脹系數(shù)的測(cè)定
4、GB/T 28194-2011 玻璃 雙線法線熱膨脹系數(shù)的測(cè)定
5、GB/T 25144-2010 搪玻璃釉平均線熱膨脹系數(shù)的測(cè)定方法
6、GB/T 16535-2008 精細(xì)陶瓷線熱膨脹系數(shù)試驗(yàn)方法 頂桿法

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