材料線膨脹系數(shù)的測定

實驗十材料線膨脹系數(shù)的測定--示差法物體的體積或長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)之一，它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個重要指標。weissHTV型、UBDRPZ―1一．目的意義在實際應(yīng)用中，當兩種不同的材料彼此焊接或熔接時，選擇材料的熱膨脹系數(shù)顯得尤本實驗的目的：了解測定材料的膨脹曲線對生產(chǎn)的指導意義；掌握示差法測定熱膨脹系數(shù)的原理和方法，測試要點；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，通常所說膨脹系數(shù)是指線膨脹系數(shù)，其意義是溫度升高1℃時單位長度上所增加的長度，單位為厘米╱厘米·度。假設(shè)物理原來的長度為L，溫度升高后長度的增加量為L，實驗指出它們之間存在如0下關(guān)系：L╱L＝ t （15-1）0 1式中的 ，稱為線膨脹系數(shù)，也就是溫度每升高1℃時，物體的相對伸長。1當物體的溫度從T上升到T時，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)，溫度每上升一個單位，單位體積物體的平均增長量為－V）╱V（T－T） (15-2)1 2 1 1 2為平均體膨脹系數(shù)。從測試技術(shù)來說，測體膨脹系數(shù)較為復雜。因此，在討論材料的熱膨脹系數(shù)時，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時試樣的長度；1 1L―在溫度為T時試樣的長度；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（10-6K）材料名稱 （10-6K）材料名稱（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，當溫度升高時，石英玻璃與其中的待測試樣與石英玻璃棒都會發(fā)生膨脹，但是待測試樣的膨脹比石英玻璃管上同樣長度部分的膨脹要大。因而使得與待測試樣相接觸的石英玻璃棒發(fā)生移動，這個移動是石英玻璃管、石英玻璃棒和待測試樣三者的同 圖15-1石英膨脹儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)熱膨脹分析圖時伸長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，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，則待測試樣的平均線膨脹系數(shù)可按下式計算：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―開始測定時的溫度；1t―一般定為300℃(若需要，也可定為其它溫度)；2L―試樣的伸長值，即對應(yīng)于溫度t與t時千分表讀數(shù)之差值，以毫米記；2 1L―試樣的原始長度，毫米。這樣，將實驗數(shù)據(jù)在直角座標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、電流表2KVA調(diào)壓 圖15-2玻璃材料的膨脹曲線器等)；15-3四．測試程序試降的準備系數(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度。圖15-3示差法測定材料膨脹系數(shù)的裝置1-測溫熱電偶2-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16-電位差計測試操作要點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。測試過程中不要觸動儀器，也不要振動實驗臺桌。測試步驟(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將所測數(shù)據(jù)記入表15-3。試樣編號試樣長度試樣編號試樣長度試樣溫度千分表讀數(shù)L（mm）t（℃）試樣伸長值L（mm）