热膨胀系数

热膨胀量=温度差X热胀系数X长度=5.802X长度(mm)

长度单位: m

参考资料：GB/T20801.2-2006 表B.1

(东北大学，辽宁沈阳 110006)

2.2 材料的其它性能

①机械强度如上所述，系统的器壁必须承受得住大气的压力。因此它必须满足最低机械强度和刚度的要求，应考虑相应尺寸的结构所能承受的总压力(当然，容器结构形状也有较大的影响。例如，圆柱形和球面形结构的强度就大于平面形结构的强度)。

②热学性能许多真空系统要承受温度的变化，如加热和冷却或二者兼备。因而必须对所用材料的热学性能十分熟悉。不仅要考虑到熔点，还要考虑到强度随温度的变化。例如，铜的机械性能远在低于熔点温度之前就开始下降，因而不宜用铜制做真空容器的承压器壁。另外，真空系统的材料除了受到温度缓慢变化的影响外，还会受到温度突变的影响。因此，还要考虑材料的抗热冲击的特性。

③电磁性能许多真空系统中的部件必须具备能完成某项功能或工序所要求的电性能，同时这些性能又不能与真空系统的要求相矛盾。例如，元件在真空室中工作，是靠辐射放热冷却的，因此元件的工作温度将会很高，使得元件的电性能可能受到影响，因此在选材及结构设计上要考虑工作部件的耐高温及冷却问题。在许多真空系统中，往往要应用带电粒子束。但这些带电粒子束往往容易受到某些不必要磁场的干扰。因此在有电子束或离子束的系统中，必须认真考虑系统材料的磁性能，在某些情况下，即使很小的磁场也可能造成很严重的问题。因此必须考虑用非磁性材料。

④其它性能光学性能(例观察窗)、硬度、抗腐蚀性、热导率和热膨胀等性能也常常起着十分重要的作用。

2.3 真空材料的选材原则

2.3.1 对真空容器壳体及内部零件材料的要求

①有足够的机械强度和刚度来保证壳体的承压能力。

②气密性好。要保持一个完好的真空环境，器壁材料不应存在多孔结构、裂纹或形成渗漏的其它缺陷。有较低的渗透速率和出气速率。

③在工作温度和烘烤温度下的饱和蒸气压要足够低(对超高真空系统来说尤其重要)。

④化学稳定性好。不易氧化和腐蚀，不与真空系统中的工作介质及工艺过程中的放气发生化学反应。

⑤热稳定性好。在系统的工作温度(高温与低温)范围内，保持良好的真空性能和机械性能。

⑥在工作真空度及工作温度下，真空容器内部器件应保持良好的工作性能，满足作业工艺的要求。

⑦有较好机械加工性能及焊接性能。

2.3.2 对密封材料的要求

①有足够低的饱和蒸气压。一般低真空时，其室温下的饱和蒸气压力应小于1.3×10-1～1.3×10-2Pa。

高真空时，应小于1.3×10-3~1.3×10-5Pa。

②化学及热稳定性好。在密封部位，不因合理的温升雨发生软化，发生化学反应或挥发，甚至被大气冲破。

③有一定的机械及物理性能。冷却后硬化的固态密封材料、可塑密封材料或干燥后硬化的封蜡等，要能够平滑地紧贴密封表面，无气泡、无皱纹。当温度变化时，不应变脆或裂开。液态或胶态密封材料应保持原有粘性。

④某些密封材料应能溶于某些溶剂中，以便更换时易于清洗掉。

对真空中应用的材料除上述要求外，在某些情况下还必须考虑其电学性能、绝缘性能、光学性能、磁性能和导热性能等等。

当然，除了材料的以上性能外，还要考虑材料的成本、利用率及选购的可能性等。

3. 金属材料

在真空系统设计与制造中常用的金属及其合金材料主要有：低碳钢、不锈钢、铜、铝、镍、金、银、钨、钼、钽、铌、钛、铟、镓、可伐合金、镍铬(铁)合金、磁性合金、铜合金、铸铁、铸铜、铸铝等。

3.1 铸件

金属铸件由于表面粗糙，微孔较多，很少用于制造高真空系统零件。高级铸铁及有色金属铸件大多用于制造各种机械真空泵。要求铸件具有较高的致密性，通常采用的铸铁牌号有HT200、HT250、HT300等。铸造铝合金牌号有ZLl09(AI，Si，Cu，Mg，Ni)、ZL203(AI，Cu)、ZL301(AI，Mg)等。

当工作温度较高时，不应选用含有磷、锌、镉等元素的铜合金铸件。

3.2 钢及不锈钢

3.2.1 钢

碳钢在低真空工作范围内的应用较为普遍。通常根据工艺要求，碳钢制造的真空室内表面需要镀层涂覆或裸露抛光。除了镀层表面以外，碳钢表面放气速率比不锈钢大的多，尤其是锈蚀表面放气量更大，表面状态的好坏，是影响碳钢真空性能的主要因素。所以，应尽量使其内表面光滑、无锈。一般情况下工作真空度越高，则对内表面的要求也越严格。实践表明：室温时由大气渗透到真空中去的气体是很少的。然而，随着温度的升高，这种渗透量将急剧增加。在室温常压下氢气渗透过低碳钢钢板的速率要比低碳钢的表面放气率小几个数量级。在室温下氮渗透过低碳钢的速率远低于氨，但是在高温下则相反，故在设计热态工作真空系统时必须注意。

在真空系统设计中，从材质的综合性能(真空、物理机械性能)考虑，大多采用低碳钢(软钢)为宜。特别是真空容器的壳体、阀、管道及蒸气流泵的泵体或导流管等往往采用10#、15#、20#钢及普通碳素结构钢(例Q235A)。其特点是韧性良好，机械强度适中，具有极好的机械加工性能和焊接性能(这点尤其重要)。Q235A 属于低碳钢(含碳量≤0.22％)，价格便宜，品种规管齐全，容易选购。其主要缺点是；不能用热处理的方法提高硬度及改善机械性能(可以用渗碳的方法提高表面硬度)；抗腐蚀性较差。45#钢则主要用于制造轴类、杆件、螺纹类零件以及重负荷的传动机件等。另外，低碳钢(特别是Q235A)具有良好的导磁性，在避免磁效应干扰的场合，如在离子泵、磁质谱计或含有磁分析器的任何系统结构中都不适用。但特别适用于需要良好导磁性的结构中，例如磁控溅射靶的磁极靴等。

3.2.2 不锈钢

在真空工程中常用的不锈钢主要有奥氏体型不锈钢和马氏体型不锈钢两种类型。奥氏体型不锈钢中应用最多的牌号主要有0Crl8Ni9(304)、lCrl8Ni9Ti等，它们属于耐热、耐蚀无磁不锈钢，大量应用于真空室壳体、管路、阀体等；常用的马氏体型不锈钢主要有0Crl3、lCrl3、2Crl3、3Crl3等，主要用于具有较高韧性及受冲击负荷的零件，如耐蚀真空泵叶片、轴类、喷嘴、阀座、阀片等需要一定硬度及耐腐蚀的场合。

真空度在1.3×10-4Pa以上的高真空和超高真空系统中，最好选用奥氏体无磁不锈钢[例如lCrl8Ni9Ti，

0Crl8Ni9(304)等]制造真空容器的壳体、管道或其它零部件。这种不锈钢具有优良的抗腐蚀性、放气率低、无磁性、焊接性好，其导电率及导率较低，能够在-270o C～900o C范围内工作。并具有高的强度、塑性及韧性。是目前金属超高真空系统中所应用的主要结构材料。

奥氏体不锈钢可以采用电弧焊、钎焊和氩弧焊的方法进行焊接加工。表3给出最常用的奥氏体型不锈钢(304型)的性质，304不锈钢与lCrl8Ni9Ti不锈钢的性质相近，其抗腐蚀性能非常好，蒸气压很低、导热率低，并且是非磁性的。这些性质使得奥氏体不锈钢成为超高真空室、工件架、支架、法兰、螺栓螺母及超高真空泵(离子泵、低温泵、吸附泵等)等最常用的材料。

不锈钢就其磁性而言，分为有磁性的和无磁性的。通常含有镍元素成份的都是无磁性的。应注意的是，不锈钢并非绝对非磁性的，而是导磁率很小。而且，冷加工能够增加不锈钢的导磁性。

当需要耐高温、抗腐蚀或需要热处理(淬火或调质等)时，如轴、阀盖、封口等，则采用2Crl3、3Crl3、4Crl3等马氏体不锈钢为宜。但此类不锈钢的防锈性能不如奥氏体不锈钢好。

常用的无磁性不锈钢的主要缺点是抗晶界间腐蚀不稳定，尤其是在焊接时，受热在450～750o C的地方，

易在晶界上形成铬的碳化物而降低材料应有的气密性。试验证明：含铬18％～20％，含镍10％以下，含碳低于0.2％的不锈钢，经过1050～1150o C高温处理，可消除上述晶界间不稳定的缺点。

3.2.3 不锈复合钢板

不锈复合钢板是以碳钢为基体，以不锈钢为复层经热迭轧制而成的复合钢板。它即满足了真空性能的要求，又节省了大量不锈钢板，是制造大型真空设备的一种好的代用钢板。其规格、品种和使用温度范围如表4、表5、表6。

真空设备常用的复合钢板为lCrl8Ni9Ti与Q235A和0Crl8Ni9Ti与Q235A的复合板。内径小于600 mm 的真空装置最好不用复合钢板，因为单面焊接不易保证复层焊接质量，且不易检查。在选择复层厚度时，除考虑材质的使用年限和加工要求外，还要考虑复合钢板在热迭轧制过程中，当复层厚度为2～4 mm时，复层交界处约有1／3复层厚度的增碳层以及复层的负公差等因素。若仅根据焊接或机械加工的要求，则简体复层最小厚度应≥1 mm，封头复层厚度应≥1.5 mm。

注：+号为国内产品。

3.3 有色金属

3.3.1 镍

镍是真空技术中广泛应用的一种金属。在许多真空应用中常可以见到镍作为电真空器件中的阴极、栅极、阳极、吸气剂和热屏蔽罩以及许多其它机械构件中的基体材料。镍本身可用作基体材料或其它材料的镀层或许多镍合金中的一种组分。镍比其它普通有色金属的熔点高，蒸气压低，抗拉强度很高，机械加工性很好，容易成形、除气和点焊，而且价格相对便宜。

镍对各种腐蚀都具有相当好的抵抗能力。另外，Ni沉积薄膜、Ni电镀层或Ni涂层可使其它材料表面具有所期望的抗腐蚀性。镍不仅对大气，而且对水、盐水、碱以及大多数的有机酸都具有抗腐蚀性。但镍在次氯酸、硝酸以及象氯气(T>580o C时)、溴气、SO2和N2+H2+NH3的混合气体那样的潮湿气体中很容易被腐蚀。

镍具有铁磁性，它的磁化强度很强，但是它的居里点温度较低，仅为350o C左右(见图2)。可采用向镍

中加钴的方法来提高镍的居里温度。由于镍导磁性好，故在需要避免磁效应的场合应禁止使用。

镍对氢具有很高的可渗透率和溶解度。氢可在镍中形成固溶体。H2、O2、CO、BO2都能在Ni中扩散，但是惰性气体却不能透过Ni。当加热到400～500o C时，大部分氢气可从Ni中排出，而且Ni的硬度变化不大。但是当加热到T＞600o C时，虽然可使大量溶解在Ni中的CO放出，却会使Ni变脆。

3.3.2 铜

铜具有很高的塑性，良好的导电和导热性能，常用于导电材料。常用的铜类材料有紫铜(纯铜)及铜合金。

黄铜具有较高的塑性，在机械加工和压力加工下可制成形状复杂的零件。但由于其含锌量高，在加热时会放气影响真空、污染设备，因此其使用温度一般不超过150o C，多用于低真空中。由于青铜的机械强度较大，因此多用不含有锡和锌的铝青铜或铍青铜制造真空设备中所用的弹性元件、波纹管、电触点和涡轮等。

紫铜是真空技术中应用较多的材料，由于普通的紫铜放气困难，普通铜中溶解的氧气在低于铜的软化点温度下不能释放出来，所以在高真空及超高真空中最常用的是无氧铜，如用作蒸气流泵的喷嘴、障板、冷阱、密封、电极等。无氧铜是紫铜的一种，表7列出了它的某些性质。

无氧铜纯度高(Cu含量≥99.98％)，含氧量极低，又不含有氧化亚铜，在受热时不产生脆裂，故适合于在超高真空中应用。无氧铜具有良好的延展性和非多孔性，且电导率和热导率极高，故又称无氧高导铜。由于无氧铜具有良好的真空气密性，对气体的溶解度低，在室温下不渗透氢和氦，而且对氧气和水蒸气的敏感性差、塑性又好，因此被广泛地用作金属超高真空系统中的可拆卸密封的密封垫片。通常，Cu的使用温度不应过高，在200o C以上时Cu的抗拉强度陡降；当温度超过500o C时，Cu的蒸气压比Ni的蒸气压大

约高一个数量级。无氧铜会被氧腐蚀，并在200o C以上时产生锈斑。它也会被含氧的酸腐蚀。另外，汞和汞蒸气对Cu也有很强的作用，因此铜一般不应用在用水银作为工作介质的场合。

由于紫铜很软，所以不容易加工出高精度公差。一般铜很难用普通电弧焊或电阻焊接方法进行焊接，但可以进行锡焊和钎焊(例如用Ag-Cu共熔合金、Au-Cu合金、Au-Ni共熔合金以及其它合金焊料)。

3.3.3 铝

铝是一种重量轻、延展性相当好的金属。由于铝易于压制成形，且其导电导热性能好(稍次于铜)，又是非磁性材料，故常用作真空室内的轻型支架、放电电极、扩散泵的喷嘴、导流管、挡油障板、分子泵中的叶片及耐腐蚀镀层等。表8给出了铝的某些性质。

铝在空气中，甚至在潮湿的空气中几乎不受腐蚀，这是因为在它的表面上有一层薄的氧化铝保护膜。铝对HCl和HNO3都有良好的抗腐蚀能力，但是溶于HF、浓H2SO4、碱和CO2也能腐蚀铝。

由于纯铝本身很软，因而可用作密封垫片材料。铝是一种低熔点金属，它的机械强度在200o C左右时迅速下降，而且铝的蒸气压相对较高，因此只能用在300o C以下的烘烤真空系统中。但是铝在该温度范围内，对H2的溶解度很低。铝难于进行熔焊和钎焊，一般焊接铝要求特殊的条件(如真空钎焊)。

3.3.4 钛

钛的强度高、重量轻、耐腐蚀，是真空工程中特别有用的金属。表9给出了Ti 的物理性质。钛可以加工成形，而且没有磁性，因而是理想的结构材料，适合用做镀膜设备中的磁控溅射靶、溅射离子泵的阴极等。

钛对活性气体(如O 2、N 2、CO 、CO 2以及650o

C 以上的水蒸气)

的吸附性很强，蒸发在泵壁上的新鲜Ti 膜形成一个高吸附能力的表面，这一性质使得Ti 在超高真空抽气系统中作为吸气剂而得到广泛的应用，如用在钛升华泵、溅射离子泵等。

Ti 也象Al 、zr 及不锈钢那样，表面上有氧化膜保护层，因而具有抗腐蚀性。但应避免在H 2气氛中加热Ti ，因为这样能迅速形成TiH 。

Ti 可以用高速钢刀具进行机械加工。可以用多种焊接方法对Ti 进行焊接，焊接一般应在保护性气体下进行，因为吸附的各种气体会使钛脆化、形成薄膜、翘曲和变形。 3.3.5 锆

纯锆是一种特别活泼的金属，可以用来作吸气剂(如锆铝吸气泵)，它特别对氢气及氢的同位素氘、氚等有较强的吸附能力。表10给出了Zr 的某些性质。

Zr的中子截面很小，因而可用作中子窗。Zr的二次电子发射产额低，可以将它镀在其它的基体材料上来利用zr的这一特性。因为Zr的表面上有一层氧化膜，故有良好的抗腐蚀性。Zr对HCl、HNO2、稀H2SO4、H3PO4以及碱都具有稳定性，但能被热的浓H2SO4和王水腐蚀。

Zr的机械加工性能类似于黄铜，可与Mo或W点焊，但不能用Ag钎焊。可以在Zr中加入少量的Mo 以增加Zr的强度，否则zr一受热便变软。

3.3.6 镉、锌

镉与锌常用做螺栓、螺母和其它零件的防锈镀层。但由于它们的蒸气压很高(如镉在150oC时为10-3Pa；300oC

线膨胀系数测量的讲义

金属线膨胀系数的测量 绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 一．实验目的 学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 二．实验仪器 金属线膨胀系数测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪、 游标卡尺、千分表、待测金属杆（铜杆、铁杆） 金属线膨胀系数测量的实验装置如图1所示 内有加热引线和温度传感器引线 图1 YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪面板如图2所示 图2 三．实验原理 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量?L与其温度的增加量?T近似成正比，与原长L亦成正比，即

?L = T L ?α （1） 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔凝石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 几种材料的线胀系数 实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。 为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出1T 时杆长L （一般，杆在1T 时的长度L 可以近似等于杆在常温时的长度）、受热后温度达2T 时的伸长量?L 和受热前后的温度1T 及2T ，则该材料在（1T ，2T ）温区的线胀系数为： α = ) (12T T L L -? （2） 其物理意义是固体材料在（1T ，2T ）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为1)(-?C 。 测线胀系数的主要问题是如何测伸长量?L 。而?L 是很微小的，如当L ≈250mm,温度变化12T T -≈100℃，金属的a 数量级为10 5 -1)(-?C 时，可估算出?L ≈0.25mm 。对于这么 微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表（分度值为0.001mm ）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法。本实验中采用千分表测微小的线胀量。 千分表是一种通过齿轮的多极增速作用，把一微小的位移，转换为读数圆盘上指针的读数变化的微小长度测量工具，它的传动原理如图3所示，结构如图4所示， 千分表在使用前，都需要进行调零，调零方法是：在测头无伸缩时，松开“调零固定旋钮”，旋转表壳，使主表盘的零刻度对准主指针，然后固定“调零固定旋钮”。调零好后，毫米指针与主指针都应该对准相应的0刻度。 千分表的读数方法：本实验中使用的千分表，其测量范围是0-1mm 。当测杆伸缩0.1mm 时，主指针转动一周，且毫米指针转动一小格，而表盘被分成了100个小格，所以主指针可以精确到0.1mm 的1/100，即0.001mm ，可以估读到0.0001mm 。即： 千分表读数=毫米表盘读数＋ ?1000 1 主表盘读数 （单位：mm ） （毫米表盘读数不需要估读，主表盘读数需要估读） 例如：图5中千分表读数为：0.2＋ ?1000 1 59.8=0.2598 mm

热膨胀系数

热膨胀量=温度差X热胀系数X长度=5.802X长度(mm) 长度单位: m 参考资料：GB/T20801.2-2006 表B.1 (东北大学，辽宁沈阳 110006) 2.2 材料的其它性能 ①机械强度如上所述，系统的器壁必须承受得住大气的压力。因此它必须满足最低机械强度和刚度的要求，应考虑相应尺寸的结构所能承受的总压力(当然，容器结构形状也有较大的影响。例如，圆柱形和球面形结构的强度就大于平面形结构的强度)。 ②热学性能许多真空系统要承受温度的变化，如加热和冷却或二者兼备。因而必须对所用材料的热学性能十分熟悉。不仅要考虑到熔点，还要考虑到强度随温度的变化。例如，铜的机械性能远在低于熔点温度之前就开始下降，因而不宜用铜制做真空容器的承压器壁。另外，真空系统的材料除了受到温度缓慢变化的影响外，还会受到温度突变的影响。因此，还要考虑材料的抗热冲击的特性。 ③电磁性能许多真空系统中的部件必须具备能完成某项功能或工序所要求的电性能，同时这些性能又不能与真空系统的要求相矛盾。例如，元件在真空室中工作，是靠辐射放热冷却的，因此元件的工作温度将会很高，使得元件的电性能可能受到影响，因此在选材及结构设计上要考虑工作部件的耐高温及冷却问题。在许多真空系统中，往往要应用带电粒子束。但这些带电粒子束往往容易受到某些不必要磁场的干扰。因此在有电子束或离子束的系统中，必须认真考虑系统材料的磁性能，在某些情况下，即使很小的磁场也可能造成很严重的问题。因此必须考虑用非磁性材料。 ④其它性能光学性能(例观察窗)、硬度、抗腐蚀性、热导率和热膨胀等性能也常常起着十分重要的作用。 2.3 真空材料的选材原则 2.3.1 对真空容器壳体及内部零件材料的要求 ①有足够的机械强度和刚度来保证壳体的承压能力。 ②气密性好。要保持一个完好的真空环境，器壁材料不应存在多孔结构、裂纹或形成渗漏的其它缺陷。有较低的渗透速率和出气速率。 ③在工作温度和烘烤温度下的饱和蒸气压要足够低(对超高真空系统来说尤其重要)。 ④化学稳定性好。不易氧化和腐蚀，不与真空系统中的工作介质及工艺过程中的放气发生化学反应。 ⑤热稳定性好。在系统的工作温度(高温与低温)范围内，保持良好的真空性能和机械性能。 ⑥在工作真空度及工作温度下，真空容器内部器件应保持良好的工作性能，满足作业工艺的要求。 ⑦有较好机械加工性能及焊接性能。 2.3.2 对密封材料的要求 ①有足够低的饱和蒸气压。一般低真空时，其室温下的饱和蒸气压力应小于1.3×10-1～1.3×10-2Pa。 高真空时，应小于1.3×10-3~1.3×10-5Pa。 ②化学及热稳定性好。在密封部位，不因合理的温升雨发生软化，发生化学反应或挥发，甚至被大气冲破。 ③有一定的机械及物理性能。冷却后硬化的固态密封材料、可塑密封材料或干燥后硬化的封蜡等，要能够平滑地紧贴密封表面，无气泡、无皱纹。当温度变化时，不应变脆或裂开。液态或胶态密封材料应保持原有粘性。 ④某些密封材料应能溶于某些溶剂中，以便更换时易于清洗掉。 对真空中应用的材料除上述要求外，在某些情况下还必须考虑其电学性能、绝缘性能、光学性能、磁性能和导热性能等等。 当然，除了材料的以上性能外，还要考虑材料的成本、利用率及选购的可能性等。

热膨胀系数实验报告

热膨胀系数实验报告 篇一：热膨胀系数测定实验报告数据处理 由，得α（50-200C）o 其中n1=，L=72mm；解得：α（50-200C） /C oo相变起始温度T0=283C， o相变终止温度T1=295C。 篇二：物理金属线膨胀系数测量实验报告 实验（七）项目名称：金属线膨胀系数测量实验 一、实验目的 1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 2、学会使用千分表。 二、实验原理 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，

少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量?L与其温度的增加量?t近似成正比，与原长L 亦成正比，即： ?L???L??t （1）式中的比例系数?称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。

为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出时杆长L、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量?L和受热前后的温度升高量?t，则该材料在温度区域的线胀系数为：?? ?L（2） 其物理意义是固体材料在温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为。 测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量?L。我们先粗估算一下?L的大小，若 L?250mm,温度变化t2?t1?100C，金属的?数量级为?10?5?1，则估算出 ? 1 ?L???L??t?。对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表（分度值为）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等方法。本实验用千分表（分度值为）

热膨胀系数讲义

热膨胀系数的测定 物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。一般而言，固体在各方向上膨胀规律相同。因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。线膨胀系数是反映物质材料特征的物理量，在工程结构的设计、机械和仪器的制造以及在材料的加工中都应充分考虑，本实验用光杠杆放大法测量长度的微小变化，学会不同测长方法并研究其对测量精度的影响。 一、实验目的 1.测定铜管在一定温度区域内的平均线膨胀系数 2.用光杠杆方法测量微小长度的变化 3.用图解法求在温度为零时的原长及线膨胀系数 二、实验仪器 线膨胀仪、待测金属棒（约50cm，铜质）、卷尺（1mm）、游标卡尺（0.02mm,20.00cm）、温度计（1℃），光杠杆一套。 三、实验原理 1.光杠杆 1.标尺 2.望远镜 3.平面镜 4.光杠杆臂 5.铜管 将光杠杆和镜尺组按实验要求放置好，使望远镜和平面镜的法线在同一水平面上，当铜管长度发生微小变化△L时，小镜便以刀口为轴转动一角度θ，当θ很小时：θ≈tgθ=△L/d （1）

其中d是支脚尖刀刀口的垂直距离（也叫光杠杆的臂长）。根据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角。 又 tg2θ≈2θ=△S/D （2） 其中D为镜面到标尺的距离，△S为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。 由（1）、（2）式得到： △L/d=△S/（2D）（3） 即△L =d△S/（2D） 2.线膨胀系数 当固体温度升高时，固体内微粒间距离（它们的平衡位置间的距离）增大，结果发生固体的热膨胀现象，因热膨胀所造成的长度的增加，称为线膨胀。设温度为t0℃时长度为L0的金属杆，当温度升至t℃时，其长度为L，则： L= L0×[1+α(t- t0)] （4） 其中α称为线膨胀系数，其数值因材质的不同而不同，这反映了不同的物质有不同的热性质。严格的说，同一材料的线膨胀系数，因温度不同也有些改变，但改变很小。所以通常用平均线膨胀系数： α=△L/[ L0 (t- t0)] （5） 其中△L是温度从t0升至t时金属杆所增加的长度。线膨胀系数α在数值上等于：当温度升高一度时，金属杆每单位原长的伸长量。 但由于固体的线膨胀系数很小，所以△L不能用通常的米尺或游标尺来测量，在实验中，我们借助光杠杆的方法来测量，由光杠杆原理可知

热膨胀实验

实验一热膨胀实验 一．实验目的 1.了解材料线膨胀系数测定的意义、方法。 2.了解WTD2智能型热膨胀仪的原理、结构和操作步骤。 3.学会初步掌握测试数据和曲线的分析方法。 二．实验原理 现代化大型工程，如高层建筑、铁路、桥梁、航空航天器件等，都是由多种复杂的材料构成，要经过酷暑寒冬甚至太空中的急剧温度变化，因此必须确切地掌握有关材料的热膨胀系数以及其随温度变化的规律。 利用热膨胀方法对材料进行测定和研究称为“膨胀分析”。它不仅用于膨胀系数的测定，也是研究动态相变过程的有效手段，例如钢中过冷奥氏体的等温转变过程（TTT曲线）和连续冷却转变过程（CCT曲线）的测定，最常用的方法就是膨胀分析。在金属材料研究中，材料的结构转变、再结晶、时效固溶和沉淀析出，往往都伴随着体积的变化，因此可以用膨胀分析法来研究。又如粉末冶金中材料烧结致密度的评定，非晶体材料的软化温度的测定等，也可以用这一方法。 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T1变到T2时,试样的长度相应地从L1变到L2, 则材料在该温度区间的平均线膨胀系数α为: L2－L1 ΔL α＝—————＝———— L1(T2－T1) L1 ΔT 线膨胀系数α单位为: mm·mm-1·℃-1 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，当温度从T1变到T2时,试样的体积相应地从V1变到V2，则材料在该温度区间的平均体膨胀系数β为： V2－V1 ΔV β＝——————＝———— V1 (T2－T1) V1ΔT 由于体膨胀系数测定较为复杂,所以对于热膨胀各向同性的材料，平均

金属线膨胀系数测量实验讲义

金属线膨胀系数测量实验讲义 (FB 7 1 2型金属线膨胀系数测定仪) 浙江大学物理实验中心杭州精科仪器有限公司 金属线膨胀系数的测量 绝大多数物质都具有“热胀冷缩’’的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工(如焊接)中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪器的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 【实验目的】 1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 2、学会使用千分表。 【实验仪器】 FB712型金属线膨胀系数测量仪实验装置，如图1、图2所示 图1金属线膨胀系数测定仪测试架结构示意图

图2 FB7 12型金属线膨胀系数测定仪面板 【实验原理】 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L 的物体，受热后其伸长量△L 与其温度的增加量△t 近似成正比，与原长L 亦成正比，即： △L=α· L ·△t (1) 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数(简称线胀系数)。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 几种材料的线胀系数 生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。 为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由(1)式可知，测量初始杆长L 、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量△t 和受热前后的温度升高量△t (△t =t 2－t1)，则该材料在(t1，t2)温度区域的线胀系数为： t L L ?*?= α （2） 其物理意义是固体材料在（t1，t2)温度区域内，温度每升高1℃时材料的相对伸长量，其单位为（℃）－1 测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量△L 。我们先粗估算一下△L 的大小，若L=250mm ，温度变化t2一t1≈100℃，金属的α数量级为×10－5（℃）－1，估算△L=α· L ·△t ≈0.25mm 。

固体热膨胀系数的测量实验报告

固体热膨胀系数的测量班级：姓名：学号：实验日期： 一、实验目的 测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 二、仪器及用具 热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等) 三、实验原理 1．材料的热膨胀系数 线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受 热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了 △L,则有 () 1 2 t t L L- = ?α（1）（2） 此式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。比例系 数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。 2．线胀系数的测量 在式（1）中△L是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测 量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。光杠杆系统是由平面镜及底座，望远 镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如下图所示： () 1 2 t t L L - ? = α

当金属杆伸长△L时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有：带入（2）式得固体线膨胀系数为： 四、实验步骤及操作 1.单击登陆进入实验大厅 2.选择热力学试验单击 3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面 4.在实验界面单击右键选择“开始实验” 5.调节平面镜至竖直状态 6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读 数为0.0mm,并打开望远镜视野 7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升 高10度时标尺读数直至温度升高到90度止 l L D b b? = - 2 1 2 () D l b b L 2 1 2 - = ? () ()k DL l t t DL b b l 2 2 1 2 1 2= - - = α

实验讲义十五 材料线膨胀系数的测定——示差法

实验十五材料线膨胀系数的测定——示差法概述 物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀系数是材料的主要 物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。 在实际应用中，当两种不同的材料彼此焊接或熔接时，选择材料的热膨胀系数显得尤为重要，如玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工，都要求二种材料具备相近的膨胀系数。在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料(玻璃、陶瓷)与各种金属焊接，也要求两者有相适应的热膨胀系数；如果选择材料的膨胀系数相差比较大，焊接时由于膨胀的速度不同，在焊接处产生应力，降低了材料的机械强度和气密性，严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间膨胀值，从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。因此，测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。 目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法(或称“石英膨胀计法”)、双线法、光干涉法、重量温度计法等。在所有这些方法中，以示差法具有广泛的实用意义。国内外示差法所采用的测试仪器很多，有分立式膨胀仪(如weiss立式膨胀仪)和卧式膨胀仪(如HTV型、UBD型、RPZ―1型晶体管式自动热膨胀仪)两种。有工厂的定型产品，也有自制的石英膨胀计。些外，双线法在生产中也是—种快速测量法。本实验采用示差法。 一、实验目的 1．了解测定材料的膨胀曲线对生产的指导意义； 2．掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法，以及测试要点； 3．利用材料的热膨胀曲线，确定玻璃材料的特征温度。 二、实验原理 一般的普通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为厘米╱厘米·度。 假设物体原来的长度为L ，温度升高后长度的增加量为?L，它们之间存在如下关系： ?L╱L ＝α1?t （1） 式中，α1称为线膨胀系数，也就是温度每升高1℃时，物体的相对伸长。 当物体的温度从T 1上升到T 2 时，其体积也从V 1 变化为V 2 ，则该物体在T 1 至T 2 的温度范围 内，温度每上升一个单位，单位体积物体的平均增长量为

材料热膨胀系数的测定

材料热膨胀系数的测定 1. 实验目的 1.1 掌握热机分析的基本原理、仪器结构和使用方法。 1.2 掌握热膨胀系数的概念以及测定方法。 2. 基本原理 物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀。它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法（或称“石英膨胀计法”）、双线法、光于涉法、重量温度计法等。在所有这些测试方法中，以示差法具有广泛的实用意义。 当物体的温度从T 1上升到T 2时，其体积也从V 1变化为V 2，则该物体在T 1一T 2的温度范围内，温度每上升一个单位。单位体积物体的平均增长量为平均体膨胀系数。从测试技术来说，测体膨胀系数较为复杂。因此，在讨论材料的热膨胀系数时，常常采用线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为cm ·cm ·℃-1 。 将试样装在装样管内用顶杆压住试样，顶杆与位移传感器接触，在加热炉中，通过精密温度控制仪按规定的升温速率加热试样到试验最终温度，并经位移传感器测量加热过程中试样的线膨胀情况．按下式计算由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀系数： 0 0001);(t t L L L t t --?=α 式中：0t —— 初始温度，℃； t —— 实际（恒定或变化）的试样温度，℃； 0L ——受测玻璃试样，在温度为0t 时的长度，mm ； L ——温度为t 时的试样长度，mm 。 若标称初始温度0t 为20℃；因此平均线性热膨胀系数就应表示为);C 20(t ?α。膨胀系数实际上并不是一个恒定的值，而是随温度变化的，所以上述膨胀系数都是具有在一定温度范围内的平均值的概念，因此使用时要注意它适用的温度范围。 3. 仪器与试剂 热机分析仪 XYW-500B

线膨胀系数实验报告参考

线胀系数测量实验报告参考稿 【实验目的】 1．学习并掌握测量金属线膨胀系数的一种方法。 2．学会用千分表测量长度的微小增量。 【实验仪器】 FB712型金属线膨胀系数测量仪一台，千分表（1-0-0.001mm ）一个，待测铜管一根。 【实验原理】 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 如图所示，待测铜管的线胀系数为： () t L L ???= α 式中L 为温度为1t 摄氏度时的管长，L ?为管受热后温度从1t 升高到2t 时的伸长量，t ?为管受热前后的温度升高量 (12t t t -=?) 。 该式所定义的线胀系数的物理意义是固体材料在()21t , t 温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为()1 C -?。 【实验内容和步骤】 1．把样品铜管安装在测试架上。连接好加热皮管，打开电源开关，以便从仪器面板水位显示器上观察水位情况。水箱容积大约为ml 750。 3.加水步骤:先打开机箱顶部的加水口和后面的溢水管口塑料盖，用漏斗从加水口往系统内加水，管路中的气体将从溢水管口跑出，直到系统的水位计仅有上方一个红灯亮，其余都转变为绿灯时，可以先关闭溢水管口塑料盖。接着可以按下强制冷却按钮，让循环水泵试运行，由于系统内可能存在大量气泡，造成水位计显示虚假水位，只有利用循环水泵试运行过程，把系统内气体排出，这时候水位下降，仪器自动保护停机。 4．设置好温度控制器加热温度:金属管加热温度设定值可根据金属管所需要的实际温度值设置。 5．将铜管（或铝管）对应的测温传感器信号输出插座与测试仪的介质温度传感器插座相连接。将千分尺装在被测介质铜管（或铝管）的自由伸缩端固定位置上，使千分表测试端与被测介质接触，为了保证接触良好，一般可使千分表初读数为mm 2.0左右，只要把该数值作为初读数对待，不必调零。(如认为有必要，可以通过转动表面，把千分尺主指针读数基本调零，而副指针无调零装置。) 6．正常测量时，按下加热按钮（高速或低速均可，但低速档由于功率小，一般最多只能加热到C 50?左右)，观察被测金属管温度的变化，直至金属管温度等于所需温度值（例如C 35?）。.

固体线膨胀系数的测定

固体线膨胀系数的测定 绝大多数物质具有热胀冷缩的特性，在一维情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。在相同条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同，我们引入线膨胀系数来表征物质的膨胀特性。线膨胀系数是物质的基本物理参数之一，在道路、桥梁、建筑等工程设计，精密仪器仪表设计，材料的焊接、加工等各种领域，都必须对物质的膨胀特性予以充分的考虑。 【实验目的】 1、学习测量固体线膨胀系数的一种方法。 2、了解一种位移传感器——数字千分表的原理及使用方法。 3、了解一种温度传感器——AD590的原理及特性。 4、通过仪器的使用，了解数据自动采集、处理、控制的过程及优点。 5、学习用最小二乘法处理实验数据。 【实验原理】 1、线膨胀系数 设在温度为t1时固体的长度为L1，在温度为t2时固体的长度为L2。实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L2－L1与温度变化量△t= t2－t1及固体的长度L1成正比。即： △L=αL1△t (1)式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由上式知： α=△L/Ll·1/△t (2)可以将α理解为当温度升高1℃时，固体增加的长度与原长度之比。多数金属的线膨 胀系数在(0.8—2.5)×10-5/℃之间。 线膨胀系数是与温度有关的物理量。当△t很小时，由（2）式测得的α称为固体在温度为t1时的微分线膨胀系数。当△t是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的，由（2）式测得的α称为固体在t1—t2温度范围内的线膨胀系数。 由（2）式知，在L1已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t与相应的长度变化量△L的测量，由于α数值较小，在△t不大的情况下，△L也很小，因此准确地测量△L及t是保证测量成功的关键。 2、微小位移的测量及数字千分表 测量微小位移，以前用得最多的是机械百分表，它通过精密的齿条齿轮传动，将位移转化成指针的偏转，表盘最小刻度为0.01mm，加上估读，可读到0.001mm，这种百分表目前在机械加工行业仍广泛使用。 物理实验中常用光杠杆法测微小位移，它通过光学系统将微小位移量放大再加以观测。

材料的热膨胀系数

热膨胀系数 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长度量值的变化，即热膨胀系数表示。 线胀系数是指固态物质当温度改变摄氏度1度时，其某一方向上的长度的变化和它在20℃（即标准实验室环境）时的长度的比值。各物体的线胀系数不同，一般金属的线胀系数单位为1/摄氏度。 大多数情况之下，此系数为正值。也就是说温度变化与长度变化成正比，温度升高体积扩大。但是也有例外，如水在0到4摄氏度之间，会出现负膨胀。而一些陶瓷材料在温度升高情况下，几乎不发生几何特性变化，其热膨胀系数接近0。 中文名：热膨胀系数 英文名：coefficient of thermal expansion , CTE 线膨胀系数：α=ΔL/(L*ΔT) 面膨胀系数：β=ΔS/(S*ΔT) 体膨胀系数：γ=ΔV/(V*ΔT) 1. 概述 expansion thermal coefficient 热膨胀系数有线膨胀系数α、面膨胀系数β和体膨胀系数γ。 式中ΔL为所给长度变化ΔT下物体温度的改变，L为初始长度； ΔS为所给面积变化ΔT下物体温度的改变，S为初始面积； ΔV为所给体积变化ΔT下物体温度的改变，V为初始体积； 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。 线热膨胀系数αL

δ = 热膨胀系数* 全长* 温度变化 = 10.8 * 10-6 * 100mm * 100℃ = 0.108 (mm) 3. 热膨胀系数的精密测试与测量能力溯源 为了保证材料热膨胀系数国与国之间的量值统一和互认，国际计量局长度委员会（CCL）2004年启动过材料热膨胀系数的国际比对，有十几个国家参加了这个项目的国际比对。 为应对国际比对，更为了统一与实现国内材料的热膨胀系数测量能力及热膨胀仪测量精度，经国家局批准在国家计量院(中国计量科学研究院)建立“材料热膨胀系数国家最高标准装置”，以满足量值统一及测试需求。该标准基于最小误差链原则，把相关量值直接溯源到国家基准单位，在-180度到2400度范围内提供最高达10E-8量级测量不确定度。 4. 金属膨胀系数 测定温度条件及单位：20℃，(单位10-6/K或10-6/℃） 备注：简单讲就是材料在变化1摄氏度时长度的相对变化量。 膨胀系数实际就是：1MM长的材料在变化1摄氏度时长度变化了多少NM(纳米)。 一般钢材的热膨胀系数为（10-20）×10-6 /℃，系数越大在受热后变形则越大，反之则越小。 比如：钢轨的线膨胀系数是：11.8 nm/(mm×℃)，实际上就是指1mm(毫米)长的钢轨在温度变化1摄氏度时长度会变化11.8nm (纳米)。 金属名称元素符号线性热膨胀系数金属名称元素符号线性热膨胀系数铍Be 12.3 铝Al 23.2 锑Sb 10.5 铅Pb 29.3 铜Cu 17.5 镉Cd 41.0

固体热膨胀系数的测量实验报告

固体热膨胀系数的测量 实验报告 Revised as of 23 November 2020

固体热膨胀系数的测量 班级： 姓名： 学号： 实验日期： 一、实验目的 测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 二、仪器及用具 热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等) 三、实验原理 1．材料的热膨胀系数 线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L ，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了 △L,则有 ()12t t L L -=?α （1） （2） 此式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。比例系数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。 2．线胀系数的测量 在式（1）中△L 是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如下图所示： () 12t t L L -?= α

当金属杆伸长△L 时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有： 带入（2）式得固体线膨胀系数为： 四、实验步骤及操作 1.单击登陆进入实验大厅 2.选择热力学试验单击 3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面 4.在实验界面单击右键选择“开始实验” 5.调节平面镜至竖直状态 6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为,并打开望远镜视野 7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止 l L D b b ?=-212()D l b b L 212-= ?()()k DL l t t DL b b l 221212=--= α

线胀系数实验讲义

线胀系数实验讲义

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固体线膨涨系数的测定及温度的PID调节 绝大多数物质具有热胀冷缩的特性，在一维情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。在相同条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同，我们引入线膨胀系数来表征物质的膨胀特性。线膨胀系数是物质的基本物理参数之一，在道路、桥梁、建筑等工程设计，精密仪器仪表设计，材料的焊接、加工等各种领域，都必须对物质的膨胀特性予以充分的考虑。利用本实验提供的固体线膨胀系数测量仪和温控仪，能对固体的线膨胀系数予以准确测量。 在科研，生产及日常生活的许多领域，常常需要对温度进行调节、控制。温度调节的方法有多种，PID调节是对温度控制精度要求高时常用的一种方法。物理实验中经常需要测量物理量随温度的变化关系，本实验提供的温控仪针对学生实验的特点，让学生自行设定调节参数，并能实时观察到对于特定的参数，温度及功率随时间的变化关系及控制精度。加深学生对PID调节过程的理解，让等待温度平衡的过程变得生动有趣。 [实验目的] 1、测量金属的线膨胀系数。 2、学习PID调节的原理并通过实验了解参数设置对PID调节过程的影响。 [实验仪器] 金属线膨胀实验仪，ZKY-PID温控实验仪，千分表 [实验原理] 1．线膨胀系数 设在温度为t0时固体的长度为L0，在温度为t1时固体的长度为L1。实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L1－L0与温度变化量△t= t1－t0及固体的长度L0成正比，即： △L=αL0△t (1) 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由上式知： α=△L/L0?1/△t (2) 可以将α理解为当温度升高1℃时，固体增加的长度与原长度之比。多数金属的线膨胀系数在(0.8—2.5)×10-5/℃之间。 线膨胀系数是与温度有关的物理量。当△t很小时，由（2）式测得的α称为固体在温度为t0时的微分线膨胀系数。当△t是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的，由（2）式测得的α称为固体在t0—t1温度范围内的线膨胀系数。 由（2）式知，在L0已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t 与相应的长度变化量△L的测量，由于α数值较小，在△t不大的情况下，△L也很小，因此准确地控制t、测量t及△L是保证测量成功的关键。

化学镍讲义

化学镀镍 一、化学镀的定义及相应工作条件： 1、定义： 化学镀：是利用合适的还原剂使溶液中的金属离子有选择地在经催化剂活化的表面上还原析出金属镀层的一种处理方法。 电镀：当具有导电表面的制件与电解质溶液接触并作为阴极时，在外电流的作用下在其表面形成与基体牢固结合的镀覆层。（适应基体为钢铁、铜制件等） 阳极氧化：当具有导电表面的制件与电解质溶液接触并作为阳极时，在外电流的作用下在其表面形成与基体牢固结合的氧化膜。（适应基体为铝制件） 2、化学镀溶液的组成及相应工作条件： a、只限在具有催化作用的制件表面进行，且溶液自身不应自发地发生氧化还原作用（否则镀液会自然分解，造成溶液失调）。 b、要求被镀的金属本身是催化剂，则化学镀的过程就具有自动催化作用，使反应不间断进行并使镀层增加（不具自动催化表面的制件，需经特殊的预处理，使其表面活化而具催化作用。如：塑料、玻璃等）。 还原剂的种类：次磷酸盐、甲醛、硼氢化物、二甲基胺硼烷、肼等。 具自动催化作用的金属：镍、钴、钯、铑等。 二、化学镀特点： 1、无需外加电源。 2、化学镀镍层致密、孔隙少、化学稳定性高。 3、能获得均匀的镀层，深度能力好（如孔、槽）。 4、能在金属、非金属、半导体等各种基材表面施镀。 5、硬度高、可焊性好。 6、溶液的稳定性差，管理困难，溶液的再生能力差，成本浪费高。 三、Ni-P合金镀层的组成和特性： 1、Ni-P合金镀层的组成： Ni-P合金镀层是利用硫酸镍做主原（Ni具催化作用），次磷酸盐做还原剂获得的。其含磷量约1~12%（1~4%属低磷；5~8%属中磷；9~12%属高磷）。 如果采用硼氢化物或胺基硼烷作还原剂得到的镀层含硼0.2~5%的镍硼合金；采用肼作还原剂得到镀层为纯镀层，含Ni量可99.5%以上。 镀层的含磷量主要取决于PH值，随着PH值降低，磷含量增大。常规的酸性化学镀镍层含磷量约为7~12%（目前市场上一般采用酸性化学镀），碱性化学镀镍层含磷量为4~7% 2、Ni-P合金镀层的特性： a、硬度： 化学镀镍层比电镀镍层硬度高、耐磨性好。电镀Ni硬度一般为HV160~180，而化学镍层一般可达到HV300~500。化学镍镀层属非金型的无定型结构，热处理后（BK处理）则转变为金型组织，大大提高化学镀层的硬度，可达HV900~1100。热处理温度一般380~400℃，保温1小时（为防止镀层氧化变色应采用保护气氛或真空热处理）。 b、磁性能： 化学镀层的磁性能决定于含磷量的高低和热处理温度，含磷量超过8%为弱磁性，含磷量达11.4%以上完全没有磁性。含磷量低于8%时才具有磁性。但它的磁性比电镀镍层要小，经热处理后磁性会有显著提高。 c、电阻率： 化学镀镍层的电阻率与含磷量有关，一般含磷量越高电阻率约大。酸性化学镀其镀镍层约为51~58 u??cm，碱性为28~34 u??cm。经热处理化学镀镍层电阻率可明显下降，如：含磷量为7%的化学镀镍层经600?C热处理后电阻率可从72将至20 u??cm。

物理竞赛讲义——热学

物理竞赛讲义——热学

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第七部分 热学 热学知识在奥赛中的要求不以深度见长,但知识点却非常地多（考纲中罗列的知识点几乎和整个力学——前五部分——的知识点数目相等)。而且，由于高考要求对热学的要求逐年降低（本届尤其低得“离谱”,连理想气体状态方程都没有了),这就客观上给奥赛培训增加了负担。因此，本部分只能采新授课的培训模式,将知识点和例题讲解及时地结合,争取让学员学一点，就领会一点、巩固一点,然后再层叠式地往前推进。 一、分子动理论 1、物质是由大量分子组成的（注意分子体积和分子所占据空间的区别） 对于分子（单原子分子)间距的计算,气体和液体可直接用3分子占据的空间，对固体,则与分子的空间排列(晶体的点阵)有关。 【例题１】如图６-1所示，食盐（N a Ｃl)的晶体是由钠离子 （图中的白色圆点表示)和氯离子(图中的黑色圆点表示）组成的，离子键两两垂直且键长相等。已知食盐的摩尔质量为５８.5×１０-3kg/ｍo ｌ,密度为２.2×１03kg/ｍ３，阿伏加德罗常数为6．0×10 23ｍｏｌ－1 ,求食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心之间的距离。 【解说】题意所求即图中任意一个小立方块的变长(设为a ）的 2倍,所以求a 成为本题的焦点。 由于一摩尔的氯化钠含有ＮA 个氯化钠分子,事实上也含有2N Ａ 个钠离子（或氯离子)，所以每个钠离子占据空间为 v = A m ol N 2V 而由图不难看出，一个离子占据的空间就是小立方体的体积a 3 , 即 a ３ = A m ol N 2V = A m ol N 2/M ,最后,邻近钠离子之间的距离l = 2a 【答案】３.97×10－10 m 。 〖思考〗本题还有没有其它思路? 〖答案〗每个离子都被八个小立方体均分,故一个小立方体含有81 ×8个离子 = 2 1 分子,所以…（此法普遍适用于空间点阵比较复杂的晶体结构。） ２、物质内的分子永不停息地作无规则运动 固体分子在平衡位置附近做微小振动（振幅数量级为0.1A 0 ）,少数可以脱离平衡位置运动。

材料的热膨胀系数

https://www.wendangku.net/doc/06676487.html,/p-50731110.html 陶粒5.83 耐火粘土砖的热膨胀系数是多少呀？ (4.5-6)×10的负6次方/℃ 材料的热膨胀系数 Material 10-6 in./in.*/°F 10-5 in./in.*/°C High Low High Low 锌及其合金Zinc & its Alloysc 19.3 10.8 3.5 1.9 铅及其合金Lead & its Alloysc 16.3 14.4 2.9 2.6 镁合金Magnesium Alloysb 16 14 2.8 2.5 铝及其合金Aluminum & its Alloysc 13.7 11.7 2.5 2.1 锡及其合金Tin & its Alloysc 13 - 2.3 - 锡铝黄铜Tin & Aluminum Brassesc 11.8 10.3 2.1 1.8 黄铜或铅黄铜Plain & Leaded Brassesc 11.6 10 2.1 1.8 银Silverc 10.9 - 2 - 铬镍耐热钢Cr-Ni-Fe Superalloysd 10.5 9.2 1.9 1.7 Heat Resistant Alloys (cast)d 10.5 6.4 1.9 1.1 Nodular or Ductile Irons (cast)c 10.4 6.6 1.9 1.2 不锈钢Stainless Steels (cast)d 10.4 6.4 1.9 1.1 锡青铜Tin Bronzes (cast)c 10.3 10 1.8 1.8 奥氏体不锈钢Austenitic Stainless Steelsc 10.2 9 1.8 1.6 磷硅青铜Phosphor Silicon Bronzesc 10.2 9.6 1.8 1.7 铜Coppersc 9.8 - 1.8 - Nickel-Base Superalloysd 9.8 7.7 1.8 1.4 铝青铜Aluminum Bronzes (cast)c 9.5 9 1.7 1.6 Cobalt-Base Superalloysd 9.4 6.8 1.7 1.2 铍（青）铜Beryllium Copperc 9.3 - 1.7 - Cupro-Nickels & Nickel Silversc 9.5 9 1.7 1.6 镍及其合金Nickel & its Alloysd 9.2 6.8 1.7 1.2

热膨胀系数测定仪

线膨胀系数测定仪 适用范围：线膨胀系数测定仪用于检测固体无机、有机材料、聚合物、高分子材料、金属/非金属材料，橡胶,塑料、金属制品的的低温膨胀性能；通过HY4690线膨胀系数测定仪可完成试样线变量、线膨胀系数、体膨胀系数、急热膨胀、软化温度以及它们变化曲线。 执行标准： 《1》GB/T1036-2008《塑料线性膨胀系数的测定-石英膨胀计法》 《2》GB/T2572-2005《纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法》 仪器特点： 1.采用进口直线轴承传动，实现膨胀值无磨擦传递，传动精度及重复性极好； 2.升温速度电脑程序自动设置，控温精度0.1℃,配有精密制冷-加热系统。 3. 计算机自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线膨胀量,急热膨胀 4. 自动计算补偿系数并自动补偿，也可人工修正（在线）。 5. 自动记录、存储、打印数椐，打印温度-膨胀系数曲线；温度间距自由设定，最小间距0.1-1℃ 6. 低温膨胀系数测定仪配有计算机接口，可与通用计算机相联，所有试验操作均计算机界面完成； 实验原理：本实验方法是将已测量原始长度的试样装入石英膨胀计中，然后将膨胀计先后插入不同温度的恒温浴内，在试样温度与恒温浴温度平衡，测量长度变化的仪器指示值稳定后，记录读数，由试样膨胀值和收缩值，即可计算试样的线膨胀系数。 技术参数： 仪器型号HY4690 温度范围0~200℃、-30~200℃、-40~200℃（可按 照客户要求定做） 控温精度±0.1℃ 膨胀值测量范围±5mm 膨胀值分辨率0.1~1um 自动校正量程 试样规格（2~15）×（2~15）×（20~150）mm； 园柱形或方形均可 系统测量误差±0.1-0.5% 电源电压220V±10﹪，0.5KW 外形尺寸550×550×1200mm 仪器重量 1.3 部件保证书 供应的部件和材料均已经过检验和测试以确保无缺陷和瑕疵，当其在制造的仪器上正确安装和操作时，他们将正常工作。部件(不包括消耗性部件如光源、光学元件、摩擦布等)的质保期为自发货期始6个月。 本保证书代替其它任何明示或暗示的担保。在任何情况下都有责任和义务为任何由于违反此保证条款而造成的特殊或间接损害负责。 责任仅限于对在船上和工厂交货过程中产生的任何有缺陷部件提供维修或换货。对由于滥用、使用不当、事故、变更、忽视、未经授权的维修或安装造成部件的损坏将不予保修。对