演示文稿材料的热膨胀

中国矿业大学材料科学与工程学院（优选）材料的热膨胀现在是1页\一共有35页\编辑于星期三本章内容热容热膨胀热传导热稳定性现在是2页\一共有35页\编辑于星期三第二节材料的热膨胀

热膨胀的本质与其他物理性能的关系影响因素热膨胀测量方法热膨胀的工程应用现在是3页\一共有35页\编辑于星期三1.热膨胀的物理本质

什么是热膨胀？热膨胀系数热膨胀的物理本质现在是4页\一共有35页\编辑于星期三热膨胀系数温度每平均升高1个单位，长度的相对变化量。

平均线膨胀系数

微分线膨胀系数

体膨胀系数ttt1t2各向同性各向异性现在是5页\一共有35页\编辑于星期三部分材料的线性膨胀系数

材料名称

αl/10-6K-1

温度范围AlTiCrFeNiCuWInvar合金6Ni-Fe

铸铁黄铜

SiAl2O3SiCSi3N4石英玻璃24.99.210.6016.717.117.185.190~210.5~1218.5~216.958.84.72.70.5303~573153~1133523~753303~1123693~12633731573293~373273~473293~573273~373273~1273273~1273273~1273273~1273现在是6页\一共有35页\编辑于星期三某些无机材料的热膨胀系数与温度之间的关系无机材料的线膨胀系数一般都不大现在是7页\一共有35页\编辑于星期三物理本质（作用力曲线解释）原子热振动是非线性的！

温度升高，原子振动激烈。

原子向右移动的幅度更大一些，导致振动中心右移。0K时，原子处在平衡位置。现在是8页\一共有35页\编辑于星期三物理本质（势能曲线解释）势能曲线是不对称的！0K时，原子的势能最低。

温度升高，原子的势能增加。

势能曲线的不对称，使振动中心右移。现在是9页\一共有35页\编辑于星期三材料热膨胀的本质:在于晶格点阵实际上在作非简谐振动，晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非线性的，点阵能曲线也是非对称的。理想状态实际状态现在是10页\一共有35页\编辑于星期三第二节材料的热膨胀

热膨胀的本质

与其他物理性能的关系影响因素热膨胀测量方法热膨胀的工程应用现在是11页\一共有35页\编辑于星期三2.与其他物理性能的关系体膨胀与定容热容成正比，并且它们有相似依赖关系。1、与热容的关系格律乃森定律现在是12页\一共有35页\编辑于星期三Al2O3的热容和膨胀系数随温度的变化现在是13页\一共有35页\编辑于星期三

金属的结合能越大，熔点越高，其膨胀系数越小。2、与结合能、熔点的关系对所有的纯金属（a、b是常数）现在是14页\一共有35页\编辑于星期三几种材料的线膨胀系数、结合能与熔点现在是15页\一共有35页\编辑于星期三3、与结构的关系

对结构紧密的晶体，膨胀系数较大。

而对无定形的玻璃，膨胀系数较小。

温度升高时发生的晶型转变，也会引起膨胀系数的改变。现在是16页\一共有35页\编辑于星期三ZrO2陶瓷的热膨胀曲线1000℃时单斜晶型四方晶型发生体积收缩4%现在是17页\一共有35页\编辑于星期三4.与相变的关系一级二级现在是18页\一共有35页\编辑于星期三第二节材料的热膨胀

热膨胀的本质与其他物理性能的关系

影响因素热膨胀测量方法热膨胀的工程应用现在是19页\一共有35页\编辑于星期三3.影响热膨胀性能的因素相变的影响成分和组织的影响各向异性的影响现在是20页\一共有35页\编辑于星期三相变的影响

一级相变：体积突变，有相变潜热。二级相变：无体积突变和相变潜热；但膨胀系数和比热容有突变。直接用热膨胀实验分析用热膨胀实验可以研究二级相变现在是21页\一共有35页\编辑于星期三二级相变

同素异构体转变有序—无序转变温度变化时发生的晶型转变Fe：α相β相Cu-Au合金现在是22页\一共有35页\编辑于星期三化学成分的影响固溶体的热膨胀系数略低于按直线规律计算的值。Cu–Au合金固溶体的膨胀系数020406080100rE/%αlCu–Au合金膨胀系数现在是23页\一共有35页\编辑于星期三两相材料热膨胀系数计算值的比较

多相合金体的膨胀系数主要取决于组成相的性质和数量内应力抑制了热膨胀现在是24页\一共有35页\编辑于星期三第二节材料的热膨胀

热膨胀的本质与其他物理性能的关系影响因素

热膨胀测量方法热膨胀的工程应用现在是25页\一共有35页\编辑于星期三4.热膨胀的测量

光学膨胀仪电测试膨胀仪机械式膨胀仪光杠杆膨胀仪光干涉法电感式膨胀仪电容式膨胀仪千分表式膨胀仪杠杆式膨胀仪光杠杆式膨胀仪原理图光底片标准试样待测试样现在是26页\一共有35页\编辑于星期三热膨胀测试仪（德国耐驰公司）测试原理：将样品放入炉体内，施一定温度程序，此时样品长度的变化通过推杆传递到左侧的检测单元，并由位移传感器测量得到结果。材料学院A306室现在是27页\一共有35页\编辑于星期三一、技术参数：

1.升降温速率：0-50K/min

2.测量范围：500／5000μm

3.样品长度：最大50mm样品直径：最大12mm

4.ΔL分辨率：0.125nm/1.25nm

5.样品支架：石英支架（<1100℃），氧化铝支架（<1700℃），石墨支架（2000℃）

二、主要特点：

1.DIL提供多种类型的样品支架与炉体配置。

2.提供各种配件使测试更灵活方便。

3.提供速率控制烧结软件（RCS）。

4.提供c-DTA功能，可通过图谱分析计算得到差热DTA曲线。

三、应用领域：

可测量固体、熔融金属、粉末、涂料等各类样品，广泛应用于无机陶瓷、金属材料、塑胶聚合物、建筑材料、涂层材料、耐火材料、复合材料等领域。德国耐驰

DIL402C热膨胀仪现在是28页\一共有35页\编辑于星期三热膨胀仪典型图谱现在是29页\一共有35页\编辑于星期三第二节材料的热膨胀

热膨胀的本质与其他物理性能的关系影响因素

热膨胀测量方法

热膨胀的工程应用现在是30页\一共有35页\编辑于星期三5.热膨胀的工程应用1、热膨胀的工程意义陶瓷工业薄膜生长航天器的设计金属的表面改性施釉要求釉层的膨胀系数比坯体要小为什么？结合后面涉及到的热应力知识进行解释。烤瓷牙微机械（MENS）领域现在是31页\一共有35页\编辑于星期三中国矿业大学材料科学与工程学院热膨胀在工程中的意义

热膨胀系数是材料的一项重要热学性能指标，在实际工程应用中具有重要意义。1)是决定材料抗热震性的主要因素。2)陶瓷坯上釉，二者α应匹配。釉α适当小于坯，烧结冷却过程中，釉层收缩小，使釉层中存在压应力，提高釉层强度，防止裂纹产生。小的太多也不行，会使釉层脱落。3)集成电路、电子管、特种灯生产中。4)复合材料制备。5)精密仪器仪表。现在是32页\一共有35页\编辑于星期三材料的种类（依据热膨胀系数）高热膨胀材料零热膨胀材料负热膨胀材料金属材料、高分子材料，具有较高的弹性和塑性。形状记忆合金、智能材料、微型机械等合金材料、陶瓷材料航空航天、精密仪表等领域航空航天、光电子精密仪器制造等领域陶瓷材料现