陶瓷材料平均线热膨胀系数测定方法

谭训彦、江伟辉。 2100433B

景德镇陶瓷学院。

2015年7月3日，《日用陶瓷材料耐酸、耐碱性能测定方法》发布。

2016年2月1日，《日用陶瓷材料耐酸、耐碱性能测定方法》实施。

物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的体积变化，即热膨胀系数表示热膨胀系数α=ΔV/(V*ΔT)，式中ΔV为所给温度变化ΔT下物体体积的改变，V为物体体积。

严格说来，上式只是温度变化范围不大时的微分定义式的差分近似；准确定义要求ΔV与ΔT无限微小，这也意味着，

热膨胀系数在较大的温度区间内通常不是常量。温度变化不是很大时，α就成了常量，利用它，可以把固体和液体体积膨胀表示如下：

Vt=V0(1 3αΔT)，

而对理想气体，Vt=V0(1 0.00367ΔT)；Vt、V0分别为物体末态和初态的体积。

对于可近似看做一维的物体，长度就是衡量其体积的决定因素，这时的热膨胀系数可简化定义为：单位温度改变下长度的增加量与的原长度的比值，这就是线膨胀系数。

对于三维的具有各向异性的物质，有线膨胀系数和体膨胀系数之分。如石墨结构具有显著的各向异性，因而石墨纤维线膨胀系数也呈现出各向异性，表现为平行于层面方向的热膨胀系数远小于垂直于层面方向。

宏观热膨胀系数与各轴向膨胀系数的关系式有多个，普遍认可的有Mrozowski算式：α=Aαc (1-A)αa

αc,αa分别为a轴和c轴方向的热膨胀率，A被称为“结构端面”参数。

有时也称为线弹性系数（linear expansivity），表示材料膨胀或收缩的程度。分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数，后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量；平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间，每升高一度温度的平均伸长量。

耐火材料线膨胀系数的常用测量方法是顶杆式间接法和望远镜直读法。新的激光法测定线膨胀系数也越来越受到重视。

热膨胀系数顶杆式间接法

顶杆法是一种经典方法，采用机械测量原理，即将试样的一端固定在支持器的端头上，另一端与顶杆接触，试样、支持器和顶杆同时加热，试样与这些部件的热膨胀差值被顶杆传递出来，并被测量。这类仪器由于试样位置(立式或卧式)、膨胀量的测量方法(直接测量、电子或光学方法)而区分成多种型号的仪器。应用较普遍的是电感式膨胀仪。它的传感器是差动变压器，也称差动变压器热膨胀仪。由于顶杆和支持器尺寸较长，高温炉的加热条件难于使温度分布均匀一致，顶杆和支持器之间的膨胀量难以相互抵消，所以膨胀的测量值需要校正。

热膨胀系数望远镜直读法

望远镜直读法是用双筒望远镜直接观察炉内高温下试样膨胀的变化值，通过计算得到线膨胀系数。测量温度可高达2000℃，目镜上的测微计直接测量试样伸长量。所用试样较长，加热炉要有足够的恒温带。该方法的缺点是一般不易自动记录。

热膨胀系数激光法测量

热膨胀是近年发展的。它是以一激光束扫描试样，而不断测定试样在加热过程中长度的变化。由于测量精度高、计算机组成的全自动控制、记录和多功能系统而受到欢迎。选择热膨胀测量方法时主要考虑测试范围、待测材料的种类和特性、测量精度和灵敏度等。