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1、材料的热膨胀,一、热膨胀的本质,定义：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的现象。,材料热膨胀的本质:在于晶格点阵实际上在作非简谐振动，晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非线性的，点阵能曲线也是非对称的。,原子间相互作用的势能曲线,二、热膨胀系数,定义：在等压(p一定)下，单位温度变化所导致的体积变化，即热膨胀系数。,线膨胀系数：=L/(L*T),式中L为所给长度变化T下物体温度的改变，L为初始长度；S为所给面积变化T下物体温度的改变，S为初始面积；V为所给体积变化T下物体温度的改变，V为初始体积。,面膨胀系数：=S/(S*T),体膨胀系数：=V
2、/(V*T),部分材料的线性膨胀系数,某些无机材料的热膨胀系数与温度之间的关系,无机材料的线膨胀系数一般都不大,三、影响热膨胀的因素,1.合金成分对热膨胀的影响,组成合金的溶质元素及含量对合金的热膨胀的影响极为明显。固溶体中加人膨胀系数大,的溶质元素时,膨胀系数增大;反之,加人溶质元素的膨胀系数较小时,固溶体的膨胀系数减小。,l,Cu-Au合金膨胀系数,rE/%,2.相变对热膨胀的影响,当金属和合金发生一级或二级相变时,其膨胀量和膨胀系数都会发生变化。一级相变：金属与合金中的大多数相变都属于一级相变,一级相变的特征是能量、体积和晶体结构的不连续变化,即是转变将伴随比容的突变,相应的膨胀系数将有
3、不连续的变化,其转变点处a 将为无限大。二级相变：相变时两相的化学势相等,相变时虽然没有体积的不连续变化,但仍存在膨胀系数的不连续变化。属于二级相变的磁性转变和有序无序转变,在其相变处膨胀系数温度曲线上有折点。,实际晶体中总是含有某些缺陷,它们在室温处于“冻结”状态,但它们可明显地影响晶体的物理性能。Timmesfeld等人研究了空位对固体热膨胀的影响。由空位引起的晶体附加体积变化为:V=BV0exp-Q/kT式中，Q 是空位形成能，B 是常数，V0是晶体0k时的体积，k 是玻耳兹曼常数，T 是温度(K)。这里的空位可以由辐射或高温淬火产生。,3.晶体缺陷对热膨胀的影响,4.晶体各向异性对热膨胀的影响,由于晶体结构的不对称性,在不同的晶轴上产生不相等的热膨胀,所以晶体的热膨胀量也需要用六个独立的参数来表征。固体中热膨胀的各向异性可以定性地从原子间结合力的强弱来说明。在非立方晶系中,特别是在具有一次轴对称的晶系中，平行于轴向和垂直于轴向的原子间结合力差别甚大。若在某一个方向上结合力较其它方向为小，则晶体首先在该方向上受到热激发，因此在该方向上的热膨胀迅速增加，与此同时往往伴随着垂直于该方向上的收缩，因此出现膨胀系数的负值。,Thank You!,
