热膨胀系数.doc

玻璃热膨胀系数的测定
物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀系数是材料的主要物理性质之一,它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。
在实际应用中,当两种不同的材料彼此焊接或熔接时,选择材料的热膨胀系数显得尤为重要,如玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工,都要求二种材料具备相近的膨胀系数。在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料(玻璃、陶瓷)与各种金属焊接,也要求两者有相适应的热膨胀系数;如果选择材料的膨胀系数相差比较大,焊接时由于膨胀的速度不同,在焊接处产生应力,降低了材料的机械强度和气密性,严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。如果层状物由两种材料迭置连接而成,则温度变化时,由于两种材料膨胀值不同,若仍连接在一起,体系中要采用——中间膨胀值,从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力,恰当地利用这个特性,可以增加制品的强度。因此,测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。
目前,测定材料线膨胀系数的方法很多,有示差法(或称“石英膨胀计法”)、双线法、光干涉法、重量温度计法等。在所有这些测试方法中,以示差法具有广泛的实用意义。国内外示差法所采用的测试仪器很多,有分立式膨胀仪(如weiss立式膨胀仪)和卧式膨胀仪(如HTV型、UBD型、RPZ—1型晶体管式自动热膨胀仪)两种。有工厂的定型产品,也有自制的石英膨胀计。此外,双线法在生产中也是一种快速测量法。本实验采用示差法。
一、实验目的
。
、测试要点。
,确定玻璃材料的特征温度。
二、实验原理
一般的普通材料,通常所说膨胀系数是指线膨胀系数,其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度,单位为厘米/厘米·度。
假设物体原来的长度为L0,温度升高后长度的增加量为△L,实验指出它们之间存在如下关系: △L/ L0= α1 △t (1)
式中的α1称为线膨胀系数,也就是温度每升高1℃时,物体的相对伸长。
当物体的温度从T1上升到T2时,其体积也从V1变化为V2,则该物体在T1至T2的温度范围内,温度每上升一个单位,单位体积物体的平均增长量为
β=(V1-V2) / V1(T1-T2) (2)
式中,β为平均体膨胀系数。
从测试技术来说,测体膨胀系数较为复杂。因此,在讨论材料的热膨胀系数时,常常采用线膨胀系数
α=(L1-L2) / L1(T1-T2) (3)
式中:α—玻璃的平均线膨胀系数;
L1—在温度为T1时试样的长度;
L2—在温度为T2时试样的长度。
β与α的关系是
β=3α+3α2·△T2 +α3·△T3 (4)
方程(4)中的第二项和第三项非常小,在实际中一般略去不计,而取β≈3α。
必须指出,由于膨胀系数实际上并不是一个恒定的值,而是随温度变化的,所以上述膨胀系数都是具有在一定温度范围△t内的平均值的概念,因此使用时要注意它适用的温度范围。
表1 一些材料的膨胀系数
材料名称
线膨胀系数
(106K-1)
0~1000℃
材料名称
线膨胀系数
(106K-1)
0~1000℃
材料名称
线膨胀系数
(106K-1)
0~1000℃
Al3O2
BeO
Mg