转变温度

玻璃化转变是指无定形或半结晶的聚合物材料中的无定形区域在降温过程中从橡胶态或高弹态转变为玻璃态的一种可逆变化。在橡胶态/高弹态时，分子能发生相对移动(即分子重排)，在玻璃态，分子重排被冻结。玻璃化转变可分为两类，一类是传统的玻璃化温度，可由传统的DSC/DTA, TMA技术获得，受冷却速率的影响;另一类是所谓动态玻璃化转变，由调制DSC/DMA或DEA技术获得，制约于频率。动态玻璃化转变温度总是高于玻璃化转变温度 。

1986年上半年，科学家发现了许多纯金属及合金都具有超导现象，但是临界温度的最高仅为23k，由于获得这样的低温需要复杂的设备，所以超导现象很难在技术中应用。于是人们便去寻找高温超导材料。（人们把氧化物超导体称为高温超导体）。

1986年7月，有人发现一种新的合成材料——镧钡铜氧化物，其超导转变温度为35k 。

1987年2月，美国休斯敦大学研究小组和中国科学院研究所的研究小组几乎同时获得了钇钡铜氧化物超导体，其转变温度提高到90k。

至1992年，已经开发出70多种超导氧化物，将超导转变温度提高到125k。

但是，125k的转变温度对于实际应用来说，还是太低了 ，超导理论研究也远不够成熟，可前景广阔 。

聚合物究竟出现两种热转变或仅一种，取决于其形态。晶态聚合物冷却结晶时的温度称为T_m。非晶态聚合物冷却至链的蠕动运动停止时的温度为T_g。完全非晶态的聚合物只出现T_g。半晶态聚合物兼有结晶熔融温度和玻璃化转变温度。导体由普通状态向超导状态转变时的温度。转变温度也称 临界温度。

用T_c表示， 铅的转变温度是T_c=7.0k

水银的转变温度是T_c=4.2k

铝的转变温度是T_c=1.2k

镉的转变温度是T_c=0.6k

橡胶态/高弹态下，因为分子重排需要比玻璃态下更多的空间，利用材料在前后膨胀系数发生了变化，可以通过热机械分析法（TMA）测量玻璃化转变温度。相对于比热变化效应，体积变化的效应要灵敏的多。在TMA曲线上是某温度区域内，形变发生较强烈的变化，表现为一个弧线，该弧线前后切线的交叉点（ONSET温度），指定为T_g。

TMA仪器测试参数：惰气气氛，流量50mL/min，Expansion模式下，样品是直径为3mm的圆柱状或3mm见方的块状，一般厚度为0. 5-3mm，两个底面保证光滑平行。升温速率一般为3℃/min，起始温度一般设置为至少低于预测玻璃化温度15℃，终止温度一般高于预测温度20℃，将样品装好之后，把炉温调整至所设开始温度，再将探头以0-5mn的力加载于样品，保持15min后线性升温，如果由于热历史的影响TMA曲线有变形，将探头及所加的力移走，使炉温降至开始温度后重新进行第二次测试可以得到正常平滑的曲线 。

当温度降低时，材料的屈服点升高，材料变脆。材料在温度降低时由韧性断裂变为脆性断裂有一个转变温度，称为韧-脆性转变温度。韧-脆性转变温度的定义为：“在一系列不同温度的冲击试验中，冲击试验吸收功急剧变化或断口韧性急剧转变的温度区域”。韧-脆性转变温度反映了温度对金属材料韧性或脆性的影响，对压力容器、舰船及桥梁等在低温条件下工作的结构及零件的安全性十分重要，它是从韧性角度选用金属材料的重要依据。

韧脆转变温度（ductile-to-brittle transition temperature），主要针对随着温度的变化，钢铁的内部晶体结构发生改变，从而钢铁的韧性和脆性发生相应的变化。在脆性转变温度区域以上，金属材料处于韧性状态，断裂形式主要为韧性断裂；在脆性转变温度区域以下，材料处于脆性状态，断裂形式主要为脆性断裂（如解理）。脆性转变温度越低，说明钢材的抵抗冷脆性能越高。

影响金属材料脆性转变温度的因素有：

（1）金属合金元素成分的影响。在钢中加入镍、锰等可使脆性转变温度降低，随着含碳、磷元素的增加，脆性转变温度明显升高。

（2）加载速度的影响。缓慢加载可降低脆性转变温度，相反，会使脆性转变温度升高。

（3）晶粒度的影响。细晶粒钢要比粗晶粒钢具有较高的冲击韧性和较低的脆性转变温度。

（4）热处理的影响。采用不同的热处理方法，可以得到不同的金相组织，提高钢材的冲击韧性，最好的热处理方法是进行调质处理。

（5）材料的厚度和缺陷脆性转变温度也有影响。 2100433B

脆性转变温度要通过一系列不同温度的冲击试验来测定，根据测定方法的不同，存在着不同的表示方法，主要有：

（1）能量准则法：规定为冲击吸收功（A_k）降到某一特定数值时的温度，例如取A_kma×0.4对应的温度，常以T_k表示。

（2）断口形貌准则法：规定以断口上纤维区与结晶区相对面积之比达一定数值时所对应的温度，例如取结晶区面积占总面积50%所对应的温度，以FATT表示。

（3）落锤试验法：规定以落锤冲断长方形板状试样时断口100%为结晶断口时所对应的温度为无塑性转变温度，以NDT表示。

在工厂检验中，韧-脆性转变温度一般采用标准夏比V形缺口冲击试验测定，因为V形缺口试样对低温脆性较为敏感。

国家试验标准规定了金属韧-脆性转变温度的测量的参考方法：一是冲击吸收功-温度曲线上下平台间规定百分数所对应的温度（ETTn）；二是脆性断面率-温度曲线中规定脆性断面率（n）所对应的温度（FATT）；三是侧膨胀值-温度曲线上下平台间某规定值所对应的温度（LETT）。根据不同温度下的冲击试验结果，以冲击吸收功或脆性断面率为横坐标，以试验温度为纵坐标绘制曲线，图1所示。目前，韧-脆性转变温度应用最多的是断口形貌转变温度（FATT），其次是能量转变温度（ETTn）和侧膨胀值转变温度（LETT）。

脆性转变温度除与表示方法有关外，还与试样尺寸、加载方式及加载速度有关，不同材料只能在相同条件下进行比较。在工程应用中，为防止构件脆断，应选择脆性转变温度低于构件下限工作温度的材料。对于那些含氮、磷、砷、锑和铋等杂质元素较多，在长期运行过程中有可能发生时效脆化、回火脆性等现象的材料，其脆性转变温度会随运行时间延长而升高。因此，脆性转变温度以及脆性转变温度的增量已成为构件材料性能的考核指标之一。