材料热膨胀系数测定讲解
材料热膨胀系数测定
其中α石英=5.8×10-7 ℃-1
三、实验器材
WTD-1型热膨胀仪 陶瓷试样平面磨床 陶瓷试样（标准样和压制样） 游标卡尺
四、实验步骤
样品制备，按试验要求制备直径5mm、长 60mm标准试样，并两端磨平（陶瓷试样平面 磨床），用游标卡尺精确测量其尺寸；
样品装炉，使样品、石英玻璃棒、千分表顶杆 处在一条直线上，使千分表顶紧至指针转2-3 圈，确定一个初读数；
配置金属硝酸盐溶液，加入沉淀及氨水、碳酸钠或络合剂， 待形成沉淀物或溶胶后，干燥后选择某一温度煅烧。
五、数据记录及处理
提交一套翔实的氧化物粉体制备工艺参数，详细记 录每一步的实验条件和现象。
六、思考题
1）粉体的粒径有几种表示方法，颗粒度分布有哪些 测试方法？
2）粉体的颗粒度分布对陶瓷的烧结性能和力学性能 有怎样的影响？
装上热电偶，使其处在样品正上方。
接通电源，调整电流，使其按设定的速度 （5℃/min）均匀升温。每5℃作为一个数据记 录点，记录相应的温度和试样的长度。
结果计算，测定样品线膨胀率和线膨胀系数。 绘出材料的热膨胀曲线，确定其特征温度。 关闭电源。
五、数据记录及处理 1）数据记录
线膨胀率是指由室温至试验温度间，样品长度的相 对变化率。
线膨胀系数是指由室温至试验温度间，每升高1度， 样品长度的相对变化率。
通过对材料的热膨胀性能的测量，得到材料的热膨 胀曲线，从而确定材料的特征温度。
α =α 石英+ΔL/(L0×ΔT)
（1）
ΔL—— 试样从温度T1至T2时的伸长量
L0 —— 试样在温度T1时的原长 ΔT—— 温度变化的区间
散射理论和实验结果都告诉我们，散射角θ 的大小与颗粒的 大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ 角就越小；颗粒 越小，产生的散射光的θ 角就越大。
材料热膨胀系数的测定
材料热膨胀系数的测定1. 实验目的1.1 掌握热机分析的基本原理、仪器结构和使用方法。
1.2 掌握热膨胀系数的概念以及测定方法。
2. 基本原理物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
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、光于涉法、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。
当物体的温度从T 1上升到T 2时，其体积也从V 1变化为V 2，则该物体在T 1一T 2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，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为cm ·cm ·℃-1。
将试样装在装样管内用顶杆压住试样，顶杆与位移传感器接触，在加热炉中，通过精密温度控制仪按规定的升温速率加热试样到试验最终温度，并经位移传感器测量加热过程中试样的线膨胀情况．按下式计算由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀系数： 00001);(t t L L L t t --⨯=α 式中：0t —— 初始温度，℃；t —— 实际（恒定或变化）的试样温度，℃；0L ——受测玻璃试样，在温度为0t 时的长度，mm ；L ——温度为t 时的试样长度，mm 。
若标称初始温度0t 为20℃；因此平均线性热膨胀系数就应表示为);C 20(t ︒α。
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内的平均值的概念，因此使用时要注意它适用的温度范围。
3. 仪器与试剂热机分析仪 XYW-500B有机玻璃直径4mm 长35mm4. 实验步骤（1）试样及其制备。
试样尺寸应为直径4mm，长35mm，试样端面应加工，使两端面平行，且平整，并保证其端面与试样主轴垂直。
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L0，温度升高后长度的增加量为∆L，它们之间存在如下关系：∆L╱L0＝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。
高温下材料热膨胀系数测试方法
高温下材料热膨胀系数测试方法随着科技的不断进步，高温材料在许多行业中得到了广泛的应用。
然而，高温下材料的热膨胀系数对于材料的性能和应用具有重要的影响。
因此，准确测量高温下材料的热膨胀系数是至关重要的。
一、热膨胀系数的定义和意义热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion，简称CTE）是指材料在单位温度变化时的长度、体积或密度变化的比例。
热膨胀系数的大小决定了材料在高温下能否承受热膨胀引起的应力，从而保证材料的性能和稳定性。
二、传统测试方法的局限性传统上，常使用膨胀量计和差示扫描量热仪来测量材料的热膨胀系数。
然而，这些方法在高温下存在一些局限性。
首先，膨胀量计方法需要样品有较高的机械强度，同时还需要准确控制温度，因此适用范围有限。
其次，差示扫描量热仪通过测量样品的热容变化来间接计算热膨胀系数，但由于热容的测量对温度和压力的灵敏度，使得结果的准确性受到一定的影响。
三、新型测试方法：光纤传感技术近年来，光纤传感技术的发展为高温条件下的热膨胀系数测量提供了一种新的方法。
利用光纤传感技术，可以实现对材料的热膨胀系数进行快速、准确、无损伤的测量，并且适用于各类材料。
这种新型测试方法的基本原理是通过将光纤传感器与待测材料进行结合，根据光纤传感器的波长变化来测量材料的热膨胀系数。
光纤传感器通过测量待测材料在高温下的光学特性变化，来实现对热膨胀系数的测量。
由于光纤传感器可以承受高温环境，并具有高灵敏度和高分辨率的特点，因此可以达到较高的测量准确度。
这种光纤传感技术不仅可以测量材料的线膨胀系数，还可以通过多个光纤传感器的组合测量材料的体膨胀系数和体积膨胀系数，从而全面了解材料在高温下的热膨胀特性。
四、光纤传感技术的优势和应用相比传统的测试方法，光纤传感技术具有以下几个明显的优势。
首先，光纤传感技术可以实现对复杂形状和大尺寸样品的测量，具有较高的灵活性和适应性。
其次，该技术可以实时监测材料的热膨胀性能，不仅能提供静态的热膨胀系数，还可以获得动态的热膨胀曲线，从而更好地了解材料的热膨胀特性。
材料热膨胀系数测定
试样到指定的测试温度，测定试样随温度 线膨胀率是指由室温至试验温度间，样品长度的相对变化率。
测定时，以一定的升温速度，加热试样到指定的测试温度，测定试样随温度变化而发生的伸长量。 按公式α=α石英+ΔL/( ×ΔT)计算平均热膨胀系数。
测定时，以一定的升温速度，加热试样到指定的测试温度，测定试样随温度变化而发生的伸长量。
测定时，以一定的升温速度，加热试样到指定的测试温度，测定试样随温度变化而发生的伸长量。
度。 其表示方法常分为线膨胀率和线膨胀系数两种。
按测试要求选择中、高温系统样品部件，中温(1000℃以下)用石英管、杆；
• α=α +ΔL/(L ×ΔT) （1） 计算机系统分别与温度控制器和位移传感器测控仪连接，其配套的数据采集与处理软件可以自动的采集温度、位移量及对应时间，计
统只在使用刚玉样品部件时用）。 1000℃以下测试用石英管、杆；
其表示方法常分为线膨胀率和线膨胀系数 需要使用气氛时，须先卸下左侧板装上气氛管后再装上左侧板，然后按上述步骤安装样品，接通气源，准备开始实验（本仪器气氛系
统只在使用刚玉样品部件时用）。
两种。测定时，以一定的升温速度，加热 高温（1000℃以上）用刚玉管、杆。
料在该温度区间的平均题膨胀系数为：
V2 V1 V
V1(T2 T1) V1T
▪ 由于体膨胀系数测量较为复杂，有各向同 性与异性之分，具体不展开。
பைடு நூலகம்
三、具体实验原理（线膨胀）
本实验采用接触方式的示差法测热膨胀 系数，具体如下：
▪ 示差法是基于采用热稳定性良好的材料石 英玻璃(棒和管）在较高的温度下，其线膨 胀系数随温度而改变的性质很小。当温度 升高时，石英玻璃与待测试样都会发生膨 胀，但是待测试样的膨胀比石英玻璃管上 同样长度部分的膨胀要大，因而使得与待 测试样相接触的石英玻璃棒发生移动。
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。
材料热膨胀系数测定
材料热膨胀系数测定材料的热膨胀系数是指材料在温度变化过程中，单位温度变化引起的长度、体积或密度的变化速率。
当物体处于不同温度下时，由于温度的变化会导致物体的尺寸变化，这在工程领域中是非常常见的现象。
例如，建筑物、桥梁、飞机和汽车等实际工程结构都面临着温度变化所引起的热膨胀问题。
如果不了解材料的热膨胀系数，就很难进行结构设计和工程施工，因此研究材料的热膨胀系数对于工程应用具有重要意义。
一、材料热膨胀系数测定方法1.线膨胀系数的测定：线膨胀系数是指单位长度的材料在温度变化下的长度变化。
常用的方法有：a)膨胀条法：该方法是将待测材料制成一条长条状，放置在一定长度的测量装置中，通过加热或降温，测量其长度变化来计算线膨胀系数。
b)光杠杆法：该方法利用光学原理测量材料的长度变化。
通过将射入材料的光束通过反射或折射，在材料加热或降温的过程中，测量光束的偏转角来反映材料的长度变化。
c)压电晶体法：该方法利用压电晶体的性质，通过在晶体的应力变化下，测量晶体上的电压变化从而计算线膨胀系数。
2.体膨胀系数的测定：体膨胀系数是指单位体积的材料在温度变化下的体积变化。
常用的方法有：a)定容法：该方法是将待测材料置于一个容器中，通过加热或降温，测量其体积的变化来计算体膨胀系数。
b)浮力法：该方法利用浸泡在液体中的待测材料，通过测量液体中的浮力随温度的变化，来计算体膨胀系数。
c)数字全息的投影干涉法：该方法通过在待测材料上投射一个数字全息，利用干涉条纹的变化来测量材料的体膨胀系数。
二、热膨胀系数的测量技术的应用领域1.建筑物结构设计：在建筑物的设计和施工中，需要考虑到材料的热膨胀系数。
例如，当建筑物处于高温季节时，材料会膨胀，如果没有合理的设计，可能导致建筑物的结构损坏。
2.桥梁工程：在桥梁工程中，不同材料的热膨胀系数可能不同，如果不考虑这种差异，桥梁可能会由于温度变化而产生应力集中，从而导致结构的破坏。
因此，了解不同材料的热膨胀系数对桥梁工程的结构设计非常重要。
热膨胀系数实验的使用教程
热膨胀系数实验的使用教程热膨胀系数实验是一种常见的材料研究方法，通过测量物体在温度变化时的膨胀情况，可以获得材料的热膨胀系数。
这个实验方法在物理学、材料科学等领域都有广泛的应用。
本文将介绍热膨胀系数实验的基本原理、实验装置以及实验步骤，希望能够帮助读者更好地了解和运用这个实验方法。
一、实验原理热膨胀系数实验的基本原理是根据热胀冷缩的物理现象，利用材料在温度变化时的长度变化来计算热膨胀系数。
物体在温度升高时会膨胀，而温度降低时会收缩，这种长度变化与温度的关系可以通过测量得到。
热膨胀系数是描述物体在温度变化时长度变化的比例关系，定义为单位温度变化时的长度变化量与初始长度之比。
根据定义，热膨胀系数可以表示为：α = (ΔL / L) / ΔT其中，α表示热膨胀系数，ΔL表示长度变化量，L表示初始长度，ΔT表示温度变化量。
通过测量长度变化量和温度变化量，可以求得物体的热膨胀系数。
二、实验装置进行热膨胀系数实验需要一些基本的实验装置。
首先，需要一个恒温槽，用于控制实验所需要的温度。
接下来，需要一个测量装置，用于测量物体的长度变化。
一般情况下，可以使用游标卡尺或光栅尺等精密的测量工具来进行测量。
最后，还需要一些样品，用于实验。
三、实验步骤1. 准备样品：选择适当的样品，可以是块状物体、棒状物体或薄片等。
确保样品的尺寸和形状符合实验要求。
2. 搭建实验装置：在恒温槽中设置好样品，并将测量装置固定在样品上。
确保测量装置能够与样品接触，并且能够准确测量样品的长度变化。
3. 设置温度：将恒温槽的温度调节到实验所需的温度。
可以通过恒温槽的控制面板来调节温度，确保温度的稳定性。
4. 测量长度变化：在恒温槽中，观察样品的长度变化，并用测量装置进行测量。
注意记录每个温度下的长度变化量。
5. 计算热膨胀系数：根据测量结果，计算不同温度下的热膨胀系数。
根据热膨胀系数的定义，将长度变化量与温度变化量代入公式进行计算。
6. 分析实验结果：根据实验数据，分析材料的热膨胀特性，比较不同温度下的热膨胀系数，以及不同样品的差异等。
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这个移动是石英玻璃棒、石英玻璃管和待 测试样三者的同时伸长和部分抵消后在传 感器上所显示的 L 值，它包括试样与石英 玻璃管和石英玻璃棒的热膨胀之差值，测 出这个系统的伸长之差值及加热前后的温 度差，并根据已知石英玻璃的膨胀系数， 可测出待测试样的热膨胀系数。
T1
通过对材料的热膨胀性能的测量，得到材 料的热膨胀曲线，从而确定材料的特征温 度。 • α=α石英+ΔL/(L0×ΔT) （1） ΔL—— 试样从温度T1 至T2 时的伸长量 L0 —— 试样在温度 T1 时的原长 ΔT—— 温度变化的区间 其中α石英=5.8×10-7 ℃-1
材料热膨胀系数测定
组员：马闯 汪瀚钰 王鹏涛 金辉 徐荣达 周孝培
一、实验目的
了解材料的膨胀曲线对生产的指导意义； 掌握示差法测定材料热膨胀系数的原理和 方法。 利用材料的热膨胀曲线确定材料的特征温 度，如玻璃转化温度。
二、实验原理
热膨胀是指制品在加热过程中的长度变化。 其表示方法常分为线膨胀率和线膨胀系数 两种。测定时，以一定的升温速度，加热 试样到指定的测试温度，测定试样随温度 变化而发生的伸长量。 线膨胀率是指由室温至试验温度间，样品 长度的相对变化率。
温度控制器具有手动和自动功能，输出的 电压值可以手动调节，因此升温速率可手 动设定或由程序曲线设定。 气氛控制器由气源、稳压阀流量计组成， 可同时采用双路供气。气氛一般用氧化气 氛（O2 ）或保护气氛（N 2 ）。 计算机系统分别与温度控制器和位移传感 器测控仪连接，其配套的数据采集与处理 软件可以自动的采集温度、位移量及对应 时间，计算和处理数据，绘制伸长、温度 曲线和数据报表功能。
1 1 的单位为： mm mm C
L2 L1 L L1 (T2 T1 ) L1 T
2、体膨胀系数
体膨胀系数是指与单位温度变化对应的试 样单位体积的体积膨胀量，在温度 T1 到 T2 时，试样的体积从相应的从 V1到 V2 ，则材 料在该温度区间的平均题膨胀系数为：
三、实验器材
WTD-2型热膨胀仪 陶瓷试样平面磨床 陶瓷试样（标准样和压制样） 游标卡尺
卧式膨胀仪
实验设备WTD-2型智能热膨胀仪
1—测温热电偶 2—膨胀仪电炉 3—电热丝 4—电流表 5—控制器 6—电炉铁壳 7—电炉芯 8—待测试样 9—石英玻璃棒 10—石英玻璃管 11—带水冷套遮热板 12—支架 13—位移传感器
仪器由主体（电炉及保温材料、机座、样 品部件、位移测量部件、冷却部件），精 密温度控制器，位移传感器及控制器，保 护气氛系统及计算机系统所组成。 电炉采用硅碳管作为发热元件，莫莱石纤 维为保温材料。 样品部件由外套管、位移传递杆组成。 1000℃以下测试用石英管、杆；1000℃以 上用刚玉管、杆。样品尺寸为Φ6～ 8×40mm。 采用电感调频式位移传感器，量程为 ±2.5mm，配套有二次仪表位移控制仪，分 辨率1μ，精度0.10％。
V2 V1 V V1 (T2 T1 ) V1 T
由于体膨胀系数测量较为复杂，有各向同 性与异性之分，具体不展开。
三、具体实验原理（线膨胀）
本实验采用接触方式的示差法测热膨胀 系数，具体如下：
示差法是基于采用热稳定性良好的材料石 英玻璃(棒和管）在较高的温度下，其线膨 胀系数随温度而改变的性质很小。当温度 升高时，石英玻璃与待测试样都会发生膨 胀，但是待测试样的膨胀比石英玻璃管上 同样长度部分的膨胀要大，因而使得与待 测试样相接触的石英玻璃棒发生移动。
四、实验步骤
1. 按测试要求选择中、高温系统样品部件， 中温(1000℃以下)用石英管、杆；高温 （1000℃以上）用刚玉管、杆。 2. 装样方法：手摇仪器右侧手摇把使样品部 件移动至最左端，暴露样品槽，轻拿样品 放入槽中，用小起子轻拨样品杆使之与样 品接触良好，最后手摇摇把使样品部件右 移进入电炉中。 3. 接通冷却水源，观察出水口有水流出。 4. 检查温控器在手动方式，手动调压钮在最 坐位置。然后接通温控器和位移控制器电 源，预制品在加热过程中的长度变化。 其表示方法常分为线膨胀率和线膨胀系数 两种。测定时，以一定的升温速度，加热 试样到指定的测试温度，测定试样随温度 变化而发生的伸长量。 线膨胀率是指由室温至试验温度间，样品 长度的相对变化率。
1、线膨胀系数：
线膨胀系数是指与单位温度变化对应的试 样单位长度的线膨胀量，当温度从 T1 到 T2 时，试样的长度相应的从 L1 到 L2，则材料 为： 在该温度区间的平均线膨胀系数
五、数据记录及处理
1）数据记录 温度 伸长 温度 伸长 温度 伸长
2）绘制曲线 以伸长量为纵坐标，温度为横坐标绘制热 膨胀曲线。 3）结果计算 L0 ×ΔT)计算平均 按公式α=α石英+ΔL/( 热膨胀系数。
六、思考题
1）影响材料热膨胀系数的因素主要有哪些？ 2）从热膨胀曲线可获得哪些有用的信息？
5. 打开计算机进入“热膨胀仪数据采集”软 件，按提示在温控器自整定仪表上设定温 度程序，位移传感器清零，按下通讯健， 温控器设置为自动方式开始实验。 6. 测试完成后待温度降至室温后取出试样， 切断仪器电源水源(炉温200℃以下切断水 源)。 7. 在计算机上处理实验数据，并可打印数据 曲线输出。 8. 需要使用气氛时，须先卸下左侧板装上气 氛管后再装上左侧板，然后按上述步骤安 装样品，接通气源，准备开始实验（本仪 器气氛系统只在使用刚玉样品部件时用）。