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一、概念

熱膨脹系數(shù)：物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的變化而膨脹的現(xiàn)象稱(chēng)為熱膨脹。其變化能力以等壓(p一定)下，單位溫度變化所導(dǎo)致的長(zhǎng)度、面積或體積的變化，即熱膨脹系數(shù)表示。

熱膨脹的本質(zhì)是晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)間的平均距離隨溫度變化而變化。材料的熱膨脹通常用線(xiàn)膨脹系數(shù)或者體膨脹系數(shù)來(lái)表述。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)。

線(xiàn)脹系數(shù)：指固態(tài)物質(zhì)當(dāng)溫度改變攝氏度1度時(shí)，其某一方向上的長(zhǎng)度的變化和它在20℃（即標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境）時(shí)的長(zhǎng)度的比值。

大多數(shù)情況之下，此系數(shù)為正值。也就是說(shuō)溫度變化與長(zhǎng)度變化成正比，溫度升高體積擴(kuò)大。但是也有例外，如水在0到4攝氏度之間，會(huì)出現(xiàn)負(fù)膨脹。而一些陶瓷材料在溫度升高情況下，幾乎不發(fā)生幾何特性變化，其熱膨脹系數(shù)接近0。

二、熱膨脹系數(shù)測(cè)定意義

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)顯得尤為重要，如玻璃儀器、陶瓷制品的焊接加工，都要求兩種材料具備相近的熱膨脹系數(shù)。在電真空工業(yè)和儀器制造工業(yè)中廣泛地將非金屬材料與各種金屬焊接，也要求兩者有相適應(yīng)的熱膨脹系數(shù)：如果選擇材料的膨脹系數(shù)相差比較大，焊接時(shí)由于膨脹的速度不同，在焊接處產(chǎn)生應(yīng)力，降低了材料的機(jī)械強(qiáng)度和氣密性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊接處脫落、炸裂、漏氣或漏油。如果層狀物由兩種材料迭置連接而成，則溫度變化時(shí)，由于兩種材料膨脹值不同，若仍連接在一起，體系中要采用——中間膨脹值，從而使一種材料中產(chǎn)生壓應(yīng)力而另一種材料中產(chǎn)生大小相等的張應(yīng)力，恰當(dāng)?shù)睦眠@個(gè)特性，可以增加制品的強(qiáng)度。因此，測(cè)定材料的熱膨脹系數(shù)具有重要意義。

三、影響熱膨脹系數(shù)的因素

1 化學(xué)礦物組成

熱膨脹系數(shù)與材料的化學(xué)組成、結(jié)晶狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、鍵的強(qiáng)度有關(guān)。組成相同，結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，膨脹系數(shù)不相同。通常情況下，結(jié)構(gòu)緊密的晶體，膨脹系數(shù)較大；而類(lèi)似于無(wú)定形的玻璃，往往有較小的膨脹系數(shù)。鍵強(qiáng)度高的材料一般會(huì)有低的膨脹系數(shù)。

2 相變

材料發(fā)生相變時(shí)，其熱膨脹系數(shù)也要變化。純金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)重排伴隨著金屬比容突變，導(dǎo)致線(xiàn)膨脹系數(shù)發(fā)生不連續(xù)變化。

3 合金元素對(duì)合金熱膨脹有影響

簡(jiǎn)單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體合金的膨脹系數(shù)介于內(nèi)組元膨脹系數(shù)之間。而多相合金膨脹系數(shù)取決于組成相之間的性質(zhì)和數(shù)量，可以近似按照各相所占的體積百分比，利用混合定則粗略計(jì)算得到。

4 織構(gòu)的影響

單晶或多晶存在織構(gòu)，導(dǎo)致晶體在各晶向上原子排列密度有差異，導(dǎo)致熱膨脹各向異性，平行晶體主軸方向熱膨脹系數(shù)大， 垂直方向熱膨脹系數(shù)小。

5 內(nèi)部裂紋及缺陷也會(huì)對(duì)熱膨脹產(chǎn)生影響

四、金屬膨脹系數(shù)

測(cè)定溫度條件及單位：20℃，(單位1E-6 /K或1E-6 /℃）

金屬名稱(chēng)	元素符號(hào)	線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)	金屬名稱(chēng)	元素符號(hào)	線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)
鈹	Be	12.3	鋁	Al	23.2
銻	Sb	10.5	鉛	Pb	29.3
銅	Cu	17.5	鎘	Cd	41.0
鉻	Cr	6.2	鐵	Fe	12.2
鍺	Ge	6.0	金	Au	14.2
銥	Ir	6.5	鎂	Mg	26.0
錳	Mn	23.0	鉬	Mo	5.2
鎳	Ni	13.0	鉑	Pt	9.0
銀	Ag	19.5	錫	Sn	2.0

五、液體膨脹系數(shù)

測(cè)定溫度條件：20℃，單位：1/℃（1/K）

汞（水銀）	0.00018
水	0.000208
丙三醇（甘油）	0.00050
濃硫酸	0.00055
乙二醇	0.00057
苯胺	0.00085
二甲苯	0.00085
汽油	0.00095
松節(jié)油	0.00100
煤油	0.00100
甲苯	0.00108
乙醇（酒精）	0.00109
乙酸	0.00110
溴	0.00110
正辛烷	0.00114
三氯乙烯	0.00117
甲醇	0.00118
二硫化碳	0.00119
四氯化碳	0.00122
正庚烷	0.00124
苯	0.00125
氯仿	0.00127
乙酸乙酯	0.00138
丙酮	0.00143
乙醚	0.00160

六、熱膨脹系數(shù)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：

1 GB/T 34183-2017 建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品 熱膨脹系數(shù)的測(cè)定 2018-08-01 實(shí)施

2 GB/T 3074.4-2016 石墨電極熱膨脹系數(shù)（CTE）測(cè)定方法 2017-07-01 實(shí)施

3 GB/T 16920-2015 玻璃 平均線(xiàn)熱膨脹系數(shù)的測(cè)定 2016-07-01 實(shí)施

4 GB/T 28194-2011 玻璃 雙線(xiàn)法線(xiàn)熱膨脹系數(shù)的測(cè)定 2012-09-01 實(shí)施

5 GB/T 25144-2010 搪玻璃釉平均線(xiàn)熱膨脹系數(shù)的測(cè)定方法 2011-03-01 實(shí)施

6 GB/T 16535-2008 精細(xì)陶瓷線(xiàn)熱膨脹系數(shù)試驗(yàn)方法 頂桿法 2009-05-01 實(shí)施