材料線膨脹系數(shù)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)十材料線膨脹系數(shù)的測(cè)定--示差法物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱(chēng)為熱膨脹。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)。weissHTV型、UBDRPZ―1一．目的意義在實(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)顯得尤本實(shí)驗(yàn)的目的：了解測(cè)定材料的膨脹曲線對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)意義；掌握示差法測(cè)定熱膨脹系數(shù)的原理和方法，測(cè)試要點(diǎn)；利用材料的熱膨脹曲線，確定玻璃材料的特征溫度二．示差法的基本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℃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)物理原來(lái)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，溫度升高后長(zhǎng)度的增加量為L(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)指出它們之間存在如0下關(guān)系：L╱L＝ t （15-1）0 1式中的 ，稱(chēng)為線膨脹系數(shù)，也就是溫度每升高1℃時(shí)，物體的相對(duì)伸長(zhǎng)。1當(dāng)物體的溫度從T上升到T時(shí)，其體積也從V變化為V，則該物體在T至T的溫度范1 2 1 2 1 2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－V）╱V（T－T） (15-2)1 2 1 1 2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)：＝（L－L）╱L（T－T） (15-3)1 2 1 1 2式中：―玻璃的平均線膨脹系數(shù)；L―在溫度為T(mén)時(shí)試樣的長(zhǎng)度；1 1L―在溫度為T(mén)時(shí)試樣的長(zhǎng)度；2 2與的關(guān)系是2T23T3 (15-4)3。t圍。線膨脹系數(shù)表15-1 一些材料的膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)材料名稱(chēng)（10-6K）材料名稱(chēng) （10-6K）材料名稱(chēng)（10-6K）0～1000℃0～1000℃0～1000℃AlO8.8ZrO（穩(wěn)定化） 10硼硅玻璃332BeO9.02TiC 7.4粘土耐火材5.5MgO13.5BC4.5剛玉瓷5～5.54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7～9氧化鋯4.2鈉鈣硅玻璃9.0鈦酸鋇瓷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)，石英玻璃與其中的待測(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。因而使得與待測(cè)試樣相接觸的石英玻璃棒發(fā)生移動(dòng)，這個(gè)移動(dòng)是石英玻璃管、石英玻璃棒和待測(cè)試樣三者的同 圖15-1石英膨脹儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)熱膨脹分析圖時(shí)伸長(zhǎng)和部分抵消后在千分表上所顯示的L膨脹系數(shù)。圖15-1是石英膨脹儀的工作原理分析圖，從圖中可見(jiàn)，膨脹儀上千分表上的讀數(shù)為：L=L-L1 2由此得到：L=L+L1 2根據(jù)定義，待測(cè)試樣的線膨脹系數(shù)（L+L）╱Lt＝(L╱Lt)+(L／Lt)2 2其中 L／Lt＝2 石所以＝

+(L╱Lt)石若溫度差為t－t，則待測(cè)試樣的平均線膨脹系數(shù)可按下式計(jì)算：2＝

1+L╱L(t-t)石 2 1石5.710-7度-1（0～300℃）5.910石5.710-7度-1（0～300℃）5.910-7度-1（0～400℃）5.810-7度-1（0～1000℃）5.9710-7度-1（200～700℃）t―開(kāi)始測(cè)定時(shí)的溫度；1t―一般定為300℃(若需要，也可定為其它溫度)；2L―試樣的伸長(zhǎng)值，即對(duì)應(yīng)于溫度t與t時(shí)千分表讀數(shù)之差值，以毫米記；2 1L―試樣的原始長(zhǎng)度，毫米。這樣，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在直角座標(biāo)系上作出熱膨脹曲線(如圖15-2)。就可確定試洋的線熱膨脹系數(shù)，對(duì)于玻璃材料還可以得出其特征溫度Tg與Tf。三．材料、設(shè)備和儀器裝置石英膨脹儀(包括管式電爐、特制石英玻璃管、石英玻璃棒、千分表、熱電偶、電位差計(jì)、電流表2KVA調(diào)壓 圖15-2玻璃材料的膨脹曲線器等)；15-3四．測(cè)試程序試降的準(zhǔn)備系數(shù)的試樣。試樣尺寸依不同儀器的要求而定5～6毫米，60±01350±011265±01把試棒兩端磨平，用千分卡尺精確量出長(zhǎng)度。圖15-3示差法測(cè)定材料膨脹系數(shù)的裝置1-測(cè)溫?zé)犭娕?-膨脹儀電爐3-電熱絲 4-電流表 5-調(diào)壓器6-電爐鐵殼7-鋼柱電爐芯8-待測(cè)試棒 9-石英玻璃棒 10-石英玻璃管11-遮熱板12-鐵制支承架13-千分表l4-水瓶15-水銀溫度計(jì)16-電位差計(jì)測(cè)試操作要點(diǎn)石英玻璃管的中軸區(qū)，以消除摩擦與偏斜影響造成誤差。2～3升溫速度不宜過(guò)快，以控制2～3(4)熱電偶的熱端盡量靠近試樣中部、但不應(yīng)與試樣接觸。測(cè)試過(guò)程中不要觸動(dòng)儀器，也不要振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌。測(cè)試步驟(1)先接好路線，再檢查一遍接好的電路。(2)把石英玻璃管支夾在鐵架上。璃棒緊貼試樣，在支架的另一端裝上千分表，使千分表的頂桿輕輕頂壓在石英玻璃棒的末端，把千分表轉(zhuǎn)到零位。32將所測(cè)數(shù)據(jù)記入表15-3。試樣編號(hào)試樣長(zhǎng)度試樣編號(hào)試樣長(zhǎng)度試樣溫度千分表讀數(shù)L（mm）t（℃）試樣伸長(zhǎng)值L（mm）