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热膨胀通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。热膨胀与温度、热容、结合能以及熔点等物理性能有关。影响材料膨胀性能的主要因素为相变、材料成分与组织、各异性的影响。 基本介绍 物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。在相同条件下，气体膨胀最大，液体膨胀次之，固体膨胀最小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。因为物体温度升高时，分子运动的平均动能增大，分子间的距离也增大，物体的体积随之而扩大;温度降低，物体冷却时分子的平均动能变小，使分子间距离缩短，于是物体的体积就要缩小。又由于固体、液体和气体分子运动的平均动能大小不同，因而从热膨胀的宏观现象来看亦有显著的区别。 影响因素 相变 一级相变：体积突变，V-T曲线不连续变化，转变点处膨胀系数无穷大。 二级相变：V-T曲线连续变化，膨胀系数有突变。 成分和组织 (1)形成固溶体 固溶体的膨胀系数取决于溶剂基体和溶质的膨胀系数以及它们的相对含量。当溶质的膨胀系数高于溶剂时，将增大膨胀系数。当溶质的膨胀系数低于溶剂时，将减小膨胀系数。组元之间形成无限固溶体时，任意成分固溶体的膨胀系数将处于两组元膨胀系数之间。 (2)不同结构的物质 固体结构疏松，内部空隙较多，当温度升高，原子振幅加大，原子间距离增加时，部分的被结构内部空隙所容纳，宏观膨胀就小。 例如：结构紧密的晶体膨胀系数大，而类似于无定形的玻璃，则往往具有较小的膨胀系数。 石英 12×10-6/K， 石英玻璃 0.5×10-6/K 敞旷式的结构，例如，石英、锂霞石、锂辉石等，它们是由硅氧四面体形成的架状结构，其中存在较大的空洞，热振动比较复杂，有两个额外效应可能发生： 首先，原子可以向结构中空旷处振动，导致膨胀系数小,锂霞石LiAlSiO4的热膨胀系数是2×10-6/K。 其次，四面体协同旋转效应，具有异常大或小的膨胀。 (3)多相体 多相体的膨胀系数可按特诺公式计算。复合体中有多晶转变组分时，因多晶转化的体积不均匀变化，导致膨胀系数的异常变化。复合体内的微裂纹可引起热膨胀的滞后现象，尤其是大晶粒样品。 各向异性影响 结构对称性较低的单晶体，其膨胀系数具有各向异性，不同的晶向有不同的线膨胀系数。一般来说，弹性模量高的方向将有较小的膨胀系数，反之亦然。 多晶材料往往存在微晶的择优取向，从而在一定程度上具有晶体的各向异性。 (责任编辑：admin) |