玻璃(陶瓷)线膨胀系数的测定
陶瓷材料热膨胀系数
陶瓷材料热膨胀系数一、引言陶瓷材料因其优良的物理化学性质，在工业、建筑、电子等领域有着广泛的应用。
其中，热膨胀系数是一个重要的物理参数，对于陶瓷材料在高温环境下的应用具有重要意义。
二、热膨胀系数的概念及意义1. 热膨胀系数的定义热膨胀系数是指在温度变化下单位长度（或单位面积）的长度（或面积）变化量，通常用α表示。
即：α = (1/L) * (dL/dT)其中，L为长度（或面积），T为温度，dL为长度（或面积）变化量，dT为温度变化量。
2. 热膨胀系数的意义陶瓷材料在高温环境下容易发生形变和开裂等问题。
而热膨胀系数可以反映材料在不同温度下的形变情况，因此对于陶瓷材料在高温环境下的应用具有重要意义。
例如，在制造高温工具时需要选择具有较小热膨胀系数的陶瓷材料以保证其尺寸稳定性。
三、陶瓷材料热膨胀系数的影响因素1. 化学成分不同化学成分的陶瓷材料具有不同的热膨胀系数。
例如，氧化铝具有较小的热膨胀系数，而碳化硅具有较大的热膨胀系数。
2. 结晶结构陶瓷材料的结晶结构也会影响其热膨胀系数。
例如，晶体结构对于氧化铝和硼酸盐等材料的热膨胀系数有着重要影响。
3. 温度范围不同温度下，陶瓷材料的热膨胀系数也会发生变化。
通常情况下，随着温度升高，陶瓷材料的热膨胀系数也会增加。
四、常见陶瓷材料的热膨胀系数1. 氧化铝（Al2O3）氧化铝具有较小的线性膨胀系数，在室温至1000℃范围内为6.5～7.5×10^-6/K。
2. 碳化硅（SiC）碳化硅具有较大的线性膨胀系数，在室温至1000℃范围内为4.0～5.0×10^-6/K。
3. 氮化硅（Si3N4）氮化硅的线性膨胀系数在室温至1000℃范围内为2.8～3.2×10^-6/K。
4. 硼酸盐玻璃（Borosilicate Glass）硼酸盐玻璃的线性膨胀系数在室温至300℃范围内为3.25～3.85×10^-6/K。
五、结论陶瓷材料的热膨胀系数是一个重要的物理参数，对于陶瓷材料在高温环境下的应用具有重要意义。
材料的膨胀系数
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493
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实验数据处理 绘制膨胀曲线、计算平均线膨胀系数、求特征点的温度。
实验数据处理
在图上求玻璃的转变温度Tg和软化点温度Tf。 以3个试样的平均值表示实验结果
理论讲述结束 大家动手做实验
人类很早（十八世纪）就测定固体的热膨胀。当时的测定装置很原始：水平放置约15厘米长的试样，下面点燃几支蜡烛加热，通过齿轮机构放大来确定试样长度的变化。
01
十九世纪到现在，人们创造了许多测定方法。上世纪60年代出现了激光法，出现了用计算机控制或记录处理测定数据的测量仪器。
02
测定无机非金属材料热膨胀系数常用：千分表法、热机械法（光学法、电磁感应法）、体积法 等。
03
它们的共同点都是试样在加热炉中受热膨胀，通过顶杆将膨胀传递到检测系统。不同之处在于检测系统。
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材料热膨胀系数的检测方法
千分表法是用千分表直接测量试样的伸长量。
1
光学热机械法是通过顶杆的伸长量来推动光学系统内的反
2
射镜转动经光学放大系统而使光点在影屏上移动来测定试样的
3
伸长量。
4
电磁感应热机械法是将顶杆的移动通过天平传递到差动变压
以钢铁为例，由于在加热和冷却过程中存在同素异构转变，产生明显的体积效应，因而采用膨胀的测量来确定变相温度是一个很有效的方法。根据膨胀曲线来确定钢中a r 转变温度。
取热膨胀曲线上偏离纯热膨胀的点a、c 对应的温度为转变点。 b、d对应的温度为转变点。 取加热与冷却曲线上的四个极值点a’、 b’ 、d’ 、 c’对应的温度为转变点。
Ⅰ. 加热速度5℃/分钟 Ⅱ. 加热速度8℃/分钟 Ⅲ. 加热速度？℃/分钟
加热速度对玻璃线膨胀系数的影响
实验十材料线膨胀系数的测定--示差法
实验十材料线膨胀系数的测定--示差法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。
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。
些外，双线法在生产中也是—种快速测量法。
本实验采用示差法。
一．目的意义在实际应用中，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，体系中要采用一中间膨胀值，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。
本实验的目的：1．了解测定材料的膨胀曲线对生产的指导意义；2．掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法，测试要点；3．利用材料的热膨胀曲线，确定玻璃材料的特征温度二．示差法的基本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。
假设物理原来的长度为L，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╱L＝α1∆t （15-1）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。
陶瓷热膨胀系数测试标准
陶瓷热膨胀系数测试标准陶瓷材料是一种常见的工业材料，它具有高强度、高硬度、高耐磨、高耐腐蚀等特点，因此被广泛应用于制造各种机械零件、电子元器件、化工设备等领域。
在实际应用中，陶瓷材料的热膨胀系数是一个非常重要的物理参数，它直接影响到材料在高温环境下的稳定性和可靠性。
因此，制定一套科学合理的陶瓷热膨胀系数测试标准对于提高陶瓷材料的质量和性能具有重要意义。
一、陶瓷热膨胀系数的定义热膨胀系数是指物体在温度变化时单位温度变化所引起的长度变化率。
对于陶瓷材料而言，由于其晶体结构的特殊性质，其热膨胀系数通常较小，但在高温环境下也会发生明显的变化。
因此，陶瓷热膨胀系数的测试对于确定其在高温环境下的应用范围和使用条件具有重要意义。
二、陶瓷热膨胀系数测试的方法1. 线膨胀法线膨胀法是一种常用的测试陶瓷热膨胀系数的方法。
该方法是利用测量样品在不同温度下的长度变化来计算其热膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）制备样品：将陶瓷材料切割成标准尺寸的样品。
（2）测量长度：在室温下测量样品的长度，并记录下来。
（3）加热：将样品放入恒温器中，并按照一定的升温速率进行加热，直至达到目标温度。
（4）测量长度：在目标温度下测量样品的长度，并记录下来。
（5）计算热膨胀系数：根据样品在不同温度下的长度变化计算其热膨胀系数。
2. 拉伸法拉伸法也是一种常用的测试陶瓷热膨胀系数的方法。
该方法是利用测量样品在不同温度下的拉伸变形来计算其热膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）制备样品：将陶瓷材料制备成标准尺寸的拉伸试样。
（2）测量长度：在室温下测量试样的长度，并记录下来。
（3）加热：将试样放入恒温器中，并按照一定的升温速率进行加热，直至达到目标温度。
（4）拉伸：在目标温度下对试样进行拉伸，并记录下拉伸变形量。
（5）计算热膨胀系数：根据试样在不同温度下的拉伸变形量计算其热膨胀系数。
三、陶瓷热膨胀系数测试标准为了保证陶瓷材料的质量和性能，在测试陶瓷热膨胀系数时需要遵循一定的测试标准。
低温膨胀仪(热膨胀系数测定仪)
低温膨胀仪（热膨胀系数测定仪）低温膨胀仪（热膨胀系数测定仪）一、概述本仪器用于检测固体材料在高温中的膨胀与收缩性能，特别是石英和刚玉、耐火材料、精铸用型壳及型芯材料、陶瓷、陶瓷原料、瓷泥、釉料、玻璃、石墨、碳素等无机材料、金属制品的性能，为科研、教学提供的测试手段。
通过本仪可完成试样线变量、线膨胀系数、体膨胀系数、急热膨胀、软化温度、烧结的动力学研究、玻璃化转变温度、相转变、密度变化、烧结速率控制以及它们变化曲线。
该仪器符合GB/T3810.8-2023对陶瓷砖线性热膨胀的测定, 同时也符合GB/T16920-1997玻璃平均线热膨胀系数的测定和GB/T 7320-2023《耐火制品热膨胀试验方法》。
与其他膨胀系数测定仪相比，全自动智能型系列目前在膨胀系数测定、操控、及数据处理方面都处于行业的一种高精度仪器。
二、主要技术参数1、试验温度：-30℃~200℃，2、升温速度：0~30度/分可调，电脑程序控温。
3、计算机自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线膨胀量、急热膨胀。
4、自动计算补偿系数并自动补偿，也可人工修正（在线）。
5、自动记录、存储、打印数椐，打印温度一膨胀系数曲线。
温度间距自由设定，最小间距1℃6、膨胀测量范围：0~3mm7、测量膨胀值分辨率：O.1~1m，自动校正量程8、试样范围：Ф6-10mm，长50mm，圆柱形、方形均可，其他试样尺寸可根据客户要求定做。
9、采用进口直线轴承传动，实现膨胀值无磨擦传递，传动精度及重复性好。
10、系统测量误差：0.1 ~0.5%11、仪器配有标准计算机接口，可与通用计算机相联，所有试验操作均计算机界面完成，操作方便易学并提供全套软件。
三、设备使用环境和要求1、设备尺寸：长高宽110CM*60CM*32CM。
2、设备摆放要求：放置于平整的地面或台面。
3、设备电源电压：220V10%，1.8kW。
4、设备使用温度：室温。
5、设备使用环境：防震、防潮、防干扰。
金属线膨胀系数测量实验报告
梧州学院学生实验报告
成绩：指导教师：
专业：班别：实验时间：
实验人：学号：同组实验人：
实验名称：金属线膨胀系数测量
实验目的: 1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。
2、学会使用千分表。
实验仪器：
型号规格
单位
数量
备注
FB7 1Leabharlann 2型金属线膨胀系数测定仪台
1
被测件测试架
台
1
千分表
只
1
传感器连接线
根
2
L=80cm红黑各一根
小漏斗
只
1
电源线
根
1
实验讲义(说明书)
本
1
注意事项：1、做实验前必须精读FB712型金属线膨胀系数测定仪的使用说明书，正规操作。
2、注意千分表的使用规范。
FB712型金属线膨胀系数测量仪实验装置示意图
1.0％～1.5％，铜合金约为1.4×10－5（℃）－1，铝合金约为2.0×10－5（℃）－1，供参考。
为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由(1)式可知，测量初始杆长L、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量△t和受热前后的温度升高量△t (△t =t2－t1)，则该材料在(t1，t2)温度区域的线胀系数为： （2）
其物理意义是固体材料在（t1，t2)温度区域内，温度每升高1℃时材料的相对伸长量，其单位为（℃）－1
【实验原理】
材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。
固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量△L与其温度的增加量△t近似成正比，与原长L亦成正比，即：
实验讲义十五 材料线膨胀系数的测定——示差法
实验十五材料线膨胀系数的测定——示差法概述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，体系中要采用一中间膨胀值，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。
些外，双线法在生产中也是—种快速测量法。
本实验采用示差法。
一、实验目的1．了解测定材料的膨胀曲线对生产的指导意义；2．掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法，以及测试要点；3．利用材料的热膨胀曲线，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L，温度升高后长度的增加量为∆L，它们之间存在如下关系：∆L╱L＝α1∆t （1）式中，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。
陶瓷材料力学性能和测试方法
裂之前所能容忍的形变量越大，则塑性变形越大，许多陶瓷到了
高温都表现出不同程度的塑性。但在室温下，绝大多数陶瓷材料 均不发生塑性变形。单晶MgO陶瓷因以离子键为主，在室温下 可经受高度弯曲而不断裂，这是极个别的特例。
近年来的研究表明，当陶瓷材料具有下述条件时，可显示
超塑性： 晶粒细小(尺寸小于1um)；晶体是等轴晶；第二相弥散分布， 能抑制高温下基体晶粒的生长；晶粒之间存在液相或者玻璃相。 典型拥有超塑性的陶瓷材料是用化学共沉淀法制备的含
式中o为无限大单晶的强度，k为系数，d为晶粒直径。从
上式可以看出，细晶组织对提高材料的室温强度有利无害，而 晶界相的性质与厚度、晶粒形状对强度的影响则较为复杂。 温度 陶瓷材料的一个显著特点是高温强度比金属高很多。 当温度T<0.5Tm时，基本保持不变；当温度高于0.5Tm时，才出
现明显降低。
(4) 断裂韧性 断裂韧性是材料抵抗裂纹扩展的能力，是本征属性，与裂 纹的大小、形状以及外力大小无关。陶瓷材料对裂纹的敏感性 很强，断裂韧性是评价陶瓷材料力学性能的重要指标，常用线
高性能结构陶瓷是指具有高强度、高韧性、高硬度、耐 高温、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异性能的一类先 进的结构陶瓷，已逐步成为航天航空、新能源、电子信息、汽
车、冶金、化工等工业技术领域不可缺少的关键材料。
瓷（如Al2O3、ZrO2）、 氮化物陶瓷（如Si3N4、AlN）、 碳化物陶瓷（如SiC、TiC）、 硼化物陶瓷（如TiB2、ZrB2）、 硅化物陶瓷（如MoSi2） 及其他新型结构陶瓷（如Cf/SiC复合材料）。
由于晶体中原子堆积较松，其热膨胀系数较低，抗热震性较好。
共价键晶体，如SiC等，虽然其晶体中原子紧密堆积，但 由于具有高的价键方向性和较大的键强度，晶格振动需要更大 的能量，因而其热膨胀系数较小。即共价晶体热膨胀系数比离 子晶体低。
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四、实验步骤：
1、用游标卡尺精确测量试样的长度Lo。 2、将试样装入石英玻璃管，并安置于电炉中。 3、固定千分表，并使其旋转一圈为准。 4、控制升温速度3～5℃/min，至玻璃软化后停止 加热，陶瓷试样加热到500℃后即停止，关闭电源。
5、每隔2min记录一次千分表读数和温度。
6、根据膨胀曲线确定玻璃的Tg和Tf。
的套管中加热，通过千分表精确读出在不同温度
下的伸长值，利用公式计算其膨胀系数。 1 ΔL三、试样的制备：
1、取直径为3～5mm、长50mm左右且无
缺陷的试样棒，将其两端用金刚砂在玻璃板 上磨平，以能在玻璃板上竖起且基本垂直为 准。 2、将试样置于电炉中加热退火或干燥至没有 应力或水分，供测试用。
玻璃（陶瓷）线膨胀系数的测定
玻璃、陶瓷的线度随温度的升高而增 长的现象叫线膨胀 。 热膨胀系数是玻璃、陶瓷的主要物理 性能之一，不同的材料有不同的线膨胀系 数。本实验采用方差法来测定物体的线膨 胀系数。
一、实验原理：
采用石英膨胀计法测定试样的线膨胀系数，
是利用石英玻璃具有较小的膨胀系数，且它随温
度变化的改变很小的特点，将试样放入石英玻璃