材料热膨胀系数测定

,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。,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。,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 到 时，试样的长度相应的从 到 ，则材料在该温度区间的平均线膨胀系数 为： 的单位为：,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 到 时，试样的体积从相应的从 到 ，则材料在该温度区间的平均题膨胀系数 为： 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。,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 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。,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。 =石英+L/(L0×T) （1） L 试样从温度 至 时的伸长量 L0 试样在温度 时的原长 T 温度变化的区间 其中石英=5.8×10-7 -1,三、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68×40mm。 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1，精度0.10。,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（ ）或保护气氛（ ）。 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。,四、实验步骤,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。 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。 接通冷却水源，观察出水口有水流出。 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，预热5分钟。,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。 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)。 在计算机上处理实验数据，并可打印数据曲线输出。 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）。,五、数据记录及处理,1）数据记录,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 按公式=石英+L/( ×T)计算平均热膨胀系数。,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？,谢 谢,