水的膨胀系数
水的膨胀系数F与温度t（℃）的关系为：F＝0.9992＋0.0002t。按水的温度校正加水量，V 校正＝V×F。如配制总量为100万ml的葡萄糖注射液，稀配桶水的温度为95℃，则F=1.0182，加水量应为101.82万ml，否则含量将偏高1.82%。
原子吸收光谱法测定水中锰的不确定度评定
摘要:目的介绍水中锰原子吸收光谱测定法的结果不确定度评定方法，为建立有效的质量控制方法提供科学依据。方法确定和计算测定过程各不确定度分量，最后整体合成。结果原子吸收分光光谱法直接测定水中锰的不确定度为0.011 mg/L。结论本方法评定过程合理，步骤清晰，不重复和遗漏。
关键词:不确定度;原子吸收分光光谱法;锰
Evaluation on the uncertainty of manganese in water determined by atomic absorption spectrometry.WU Liu-jian.（Hainan Provincial Cente r for Disease Control and Prevention，Haikou570203，Hainan，P.R.China）
Abstract:Objective To introduce a method for evaluation of the un certainity of manganese in water by using atomic obsorption spectrome try and provide scientific basis for setting up of effective quality control. Methods The factors affecting the testing results were deter mined and the results were integrated. Results The uncertainty of the result of Mn in water tested by atomic absorption spectrometry is0.0 11mg/L. Conclusion The method for determining Mn from water by atomic absorption spectrometry is clearand adequate and without repeated pr ocedure and omission.
Key words:Uncertainty;Atomic absorption spectrometry;Manganese
不确定度是对测量结果可能误差的度量，也是定量说明测量结果质量好坏的一个参数。一个完整的测量结果，除了应给出被测量的最佳估计值之外，还应同时给出测量结果的不确定度［1，2］。本方法对原子光谱法测量水中锰的不确定度进行了评定，最后整体合成。现将结果报告如下。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂日立Z-5000原子吸收分光光度计:波长279.6nm，狭缝0. 4nm，灯电流9.0mA，乙炔流量
2.2L/min，空气流量15.0L/min，积分时间5s;硝酸（优质纯）;锰标准溶液，编号GBW（E）08257，浓度1000μg/ml（国家标准物质研究中心）。
1.2 方法和条件依据《生活饮用水卫生规范》（2001年版）—原子吸收分光光度计火焰法进行，检测环境25℃，湿度70%。运用Microsoft Excel-2000处理数据。
1.3 标准和样品的制备标准和样品用2‰硝酸配制。标准系列:0.000mg/L，0.100mg/L，0.150mg/L，0.200mg/L，0.250mg/L，0.300mg/L，0.350mg/L，0.4 00mg/L。样品配制:吸取
2.00ml样品液于100ml容量瓶中，加2‰硝酸至刻度，混匀为样品测定液。
1.4 数学模型依次对标准和样品进行测量，根据标准曲线的回归方程计算样品的浓度。①工作曲线回归方程y=bx+a;②样品浓度x=（y-a）/b。
1.5 测量结果不确定度的来源测量结果相对标准不确定度u rel（c）主要来源是:工作曲线相对标准不确定度u rel（1） ;标准溶液的相对标准不确定度u rel（2） ;样品重复测定相对标准不确定度u rel（3） ;仪器引入的相对标准不确定度u rel（4） ;吸光值量化误差相对标准不确定度u rel（5）。
u rel（c） =u 2rel（1） +u 2rel（2） +u 2rel（3） +u 2rel（4） +u 2rel（5）
2 结果与分析
2.1 相对标准不确定度各分量计算
2.1.1 工作曲线相对标准不确定度u rel（1）的计算①火焰原子吸收光谱法测定锰标准系列6次，测量的结果见表1。
由于校准标准曲线溶液的质量浓度的不确定度小到足够可以忽略，因此采用最小二乘法拟合校准标准曲线时，计算得到的不确定度仅与吸光度的测量不确定度有关［2］。
拟合校准曲线的方程为:Yi=a+bXi b=Sxy Sxx=∑42I=1 （X i -X'）（Y i -Y'）
∑42I=1 （X i -X'）（X i -X'）
=0.0331
0.42=0.0788
a=Y'-bX'=0.0200-0.0788×0.250=0.0003
吸光度测量的实验标准差
S（y）=∑n I=1 （Y i -a-bX i ） 2
n-2 =0.000071842-2=0.00134
表1 标准溶液6次测定的结果（略）
对样品进行36次测量（见表2），即N=36，测得样品锰含量平均值为X x =0.163mg/L。
②标准曲线引入测量结果的相对不确定度 u rel（1） =S（y）
b×X x 1N+1n+（X x -X'）Sxx
u rel（1） = 0.00134
0.0788×0.163
136+142+（0.163-0.250） 2 0.42=0.0275 自由度υ=6×7-2=40
2.1.2 标准溶液相对标准不确定度u rel（2）的计算
2.1.2.1 数学模式锰标准应用溶液浓度
C=1000μg/ml×10.00ml/100.0ml×l0.00ml/100.0ml
标准溶液相对标准不确定度u rel（2），是由标准溶液的标准不确定度u a 、10ml移液管的相对标准不确定度u b 以及100ml容量瓶的相对标准不确定度u c 引入的，所以u rel（2） =u 2a +u 2b +u 2c
①标准溶液的标准不确定度u a 从标准物质证书上查得锰标准溶液相对扩展不确定度为0.5%，为正态分布，故u a =0.5%/3=0.00167。
②10ml移液管的相对标准不确定度u b 10ml移液管允许误差为±0.01，为均匀分布，故10ml移液管引起的不确定度u 4 =0.01/3 1/2 =0.00577。
经实验，重复性测量u 2 =S=0.00660ml。
通常实验室恒温控制在25℃±3℃，水的膨胀系数是2.1×10 -4 ml/℃，所以水的温差效应导致体积变化而引入的不确定度:
u 3 =3×2.1×10 -4 ×10/3 1/2 =0.0036410ml移液管的相对标准不确定度为
u b =u 24 +u 22 +u 23 /10
=（0.00577 2 +0.00660 2 +0.00364 2 ） 1/2 /10=0.000949
③100ml容量瓶的相对标准不确定度u c 100ml容量瓶允许误差为±0.10，为均匀分布，100ml容量瓶引起的不确定度u 4 =0.10/3 1/2 =0.0577。
经实验，重复性测量u 2 =S=0.0123ml。
通常实验室恒温控制在25℃±3℃，水的膨胀系数是2.1×10 -4 ml/℃，所以水的温差效应导致体积变化而引入的不确定度:
u 3 =3×2.1×10 -4 ×100/3 1/2 =0.0364100ml容量瓶的相对标准不确定度
u c =u 24 +u 22 +u 23 /100
=（0.0577 2 +0.0123 2 +0.0364 2 ） 1/2 /100=0.000693
2.1.2.2 标准溶液相对标准不确定度
u rel（2） =u 2a +u 2b +u 2c
u rel（2） =（0.00167 2 +0.000949 2 +0.000693 2 ） 1/2 =0.00204自由度υ=∞
2.1.3 样品重复测定相对标准不确定度u rel（3）样品中锰重复测定结果见表2。对样品重复性测量，m个被测量X i 所重复的次数不完全相同，各为n i ，而X i 的标准差S（X i ）的自由度为υ i =n i -1，通过m个S i 与υ i 得样品重复测定不确定度。
u 2 （X i ）=S 2 p（X i ）=1∑υ i ∑υ i S 2i
u 2 （X i ）=128×0.0001718=6.137×10 -6 样品重复测定相对标准不确定度u rel（3） =［u 2 （X i ）］ 1/2 /X x
u rel（3） =［6.137×10 -6 ］ 1/2 /0.163=0.0152
自由度υ=∑
m i=1 υ i =28
2.1.4 分析仪器的相对标准不确定度u rel（4）日立Z-5000原子吸收分光光度计的校准证书提供其扩展不确定度为1.5%，置信水平p=95%，故标准不确定度为u rel（4） =0.015/1.960=0.00765。自由度υ=∞
表2 样品中锰重复测定的结果（略）
2.1.5 吸光值量化误差相对标准不确定度u rel（5）仪器示值分辨率为0. 001A，按均匀分布，其量化误差相对标准不确定度
u rel（5） = 0.001
2×3 1/2 ×0.0200=0.0144自由度υ=∞
2.2 合成标准不确定度u rel（c）全部输入量Xi是彼此独立或不相关的，因此
u rel（c） =［u 2rel（1） +u 2rel（2） +u 2rel（3） +u 2rel（4）+u 2rel（5）］ 1/2 =（0.0275 2 +0.00204 2 +0.0152 2 +0.00765 2 +0.01 44 2 ） 1/2 =0.0355
2.3 有效自由度 u 2rel（c）是多个估计方差分量的合成，其有效自由度υ eff 由韦尔奇—萨特思韦特公式［1］计算。
υ eff =u 4rel（c）∑
n i=1 u 4rel（i）υ i
= 0.0358 4 0.0275 4
40+0.00204 4
∞ +0.0159 4
28+0.00765 4
∞ +0.0144 4 ∞≈100
2.4 扩展不确定度设p=95%，查t分布表，t （95） =1.984，因此置信水平为95%时的相对不确定度为U （95）rel =u rel（c）×t （95） =0.0355×1.984=0.0704。
绝对扩展不确定度U （95）=X x ×U （95）rel =0.163×0.0704=0.011m g/L。
3 结论
采用原子吸收分光光度计—火焰法直接测定水中锰，其含量为（0.163±0. 011）mg/L，p=95%。本次对锰的测量结果不确定度进行评定，其测量结果不确定度由多个分量组成，这些分量基本上考虑了测量过程中系统效应和随机效应所导致的测量结果不确定度。这种评定方法从各个分量计算到合成，思路清晰，直观，过程清楚，考虑因素较全面、明确。采用电子表格软件进行计算，简单方便、准确，又节省时间。对测量结果的不确定度进行评定，反映了测量结果的科学性，有利于实验室质量控制。
参考文献:
［1］JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》［M］.北京:中国计量出版社，1999.
［2］倪育才.实用测量不确定度评定［M］.北京:中国计量出版社，2004.
作者单位:海南省疾病预防控制中心，海南海口 570203.
PZG型密封式膨胀水箱
【原理简介】
PZG型系列密闭式膨胀罐，（自动囊式气压稳压定压水罐）是在全自动气压供水设备的基础上发展而来的，其工作原理是利用密闭压力罐内的可压缩气体贮存、调节热水系统，因受温度变化而收缩或膨胀的水容量，密闭的压力罐内安装了囊状的隔膜，将罐内分为气室和水室，当水温提高时水容量增加，此时罐内气体被压缩，膨胀的水进入水室，水温下降时水容量减少，气体膨胀，水室的水进入系统管网，如管网有泄漏，使管网压力值达不到设定管网压力时，由水泵进行补充至设定压力，达到了稳压定压的目的。
【适用范围】
1、高温水连续供热系统；
2、热水站工业、民用连续供暖系统；
3、热水高温水循环作业系统；
4、风机盘管冷热水系统。
【产品型号】
气压热水膨胀稳压水罐在暖气系统设置示意图
开放式膨胀水箱，主要在空调管路应用功能，是为让因温度变化而使管内水收缩
膨胀所产生之水体积有地方容纳，因此如何计算其体积膨胀量，必须先算出配管
系统中所有管路之内体积与机器设备水容积，在查得其运转前温度之比体积，与
运转后温度比体积，两者之差即得其膨胀量。
例如有一冰水系统，其全部管路体积 + 机器设备体积为30m^3，空调运转前水温为20 ℃，其比体积为0.0010017 m/ Kg，运转后其水温度为 5 ℃ ，比体积为 0.001 m/ Kg，故其冰水膨胀量为︰
管路全部容积为30m^3，其单位重量为 30m^3x 1000 Kg / m= 30000 Kg
膨胀量 = 30000 Kg ( 0.0010017 - 0.001 ) m/ Kg = 51L
由上例可知，在中国使用的冰水系统，其因温差并非很大，故其膨胀量非常地小，但如使用在热水系统或严寒之地区，其膨胀量即非常地大。
Vp ＝αΔt VS m3
式中Vp ――膨胀水箱的有效容积（即从信号管到溢流管之间高差内的容积），m3 α――水的体积膨胀系数，α＝0.0006 l/ ℃
Δt --最大的水温变化值, ℃
VS –系统内的水容量, m3, 即系统中管道和设备内的水容量。
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。
热喷涂工艺概述
热喷涂技术概述 众所周知，除少数贵金属外，金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀。此外，金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重，大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效，造成极大的浪费和损失。据一些工业发达国家统计，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10 %，损失金额约占国民经济总产值的 2 - 4 %。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话，其数值更加惊人。因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。 随着尖端科学和现代工业的发展，各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如严重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行。因此，对材料的性能也提出更高要求。采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果，显然是不经济的，有时甚至是不可能的。所以，研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。 热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科。所谓热喷涂，就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。 热喷涂技术的分类 根据热源的种类热喷涂技术主要分类为 热喷涂设备 虽然因热喷涂的方法不同其设备也各有差异，但依据热喷涂技术的原理，其设备都主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置以及控制系统和冷却系统组成。热喷涂工艺 热喷工艺过程如下： 工件表面预处理→工件预热→喷涂→涂层后处理 1. 表面预处理 为了使涂层与基体材料很好地结合，基材表面必须清洁及粗糙，净化和粗
水的膨胀系数
水的膨胀系数F与温度t（℃）的关系为：F＝0.9992＋0.0002t。按水的温度校正加水量，V 校正＝V×F。如配制总量为100万ml的葡萄糖注射液，稀配桶水的温度为95℃，则F=1.0182，加水量应为101.82万ml，否则含量将偏高1.82%。 原子吸收光谱法测定水中锰的不确定度评定 摘要:目的介绍水中锰原子吸收光谱测定法的结果不确定度评定方法，为建立有效的质量控制方法提供科学依据。方法确定和计算测定过程各不确定度分量，最后整体合成。结果原子吸收分光光谱法直接测定水中锰的不确定度为0.011 mg/L。结论本方法评定过程合理，步骤清晰，不重复和遗漏。 关键词:不确定度;原子吸收分光光谱法;锰 Evaluation on the uncertainty of manganese in water determined by atomic absorption spectrometry.WU Liu-jian.（Hainan Provincial Cente r for Disease Control and Prevention，Haikou570203，Hainan，P.R.China） Abstract:Objective To introduce a method for evaluation of the un certainity of manganese in water by using atomic obsorption spectrome try and provide scientific basis for setting up of effective quality control. Methods The factors affecting the testing results were deter mined and the results were integrated. Results The uncertainty of the result of Mn in water tested by atomic absorption spectrometry is0.0 11mg/L. Conclusion The method for determining Mn from water by atomic absorption spectrometry is clearand adequate and without repeated pr ocedure and omission. Key words:Uncertainty;Atomic absorption spectrometry;Manganese 不确定度是对测量结果可能误差的度量，也是定量说明测量结果质量好坏的一个参数。一个完整的测量结果，除了应给出被测量的最佳估计值之外，还应同时给出测量结果的不确定度［1，2］。本方法对原子光谱法测量水中锰的不确定度进行了评定，最后整体合成。现将结果报告如下。 1 材料与方法 1.1 仪器与试剂日立Z-5000原子吸收分光光度计:波长279.6nm，狭缝0. 4nm，灯电流9.0mA，乙炔流量 2.2L/min，空气流量15.0L/min，积分时间5s;硝酸（优质纯）;锰标准溶液，编号GBW（E）08257，浓度1000μg/ml（国家标准物质研究中心）。
膨胀系数
热膨胀膨胀系数线膨胀系数体膨胀系数 热膨胀 在压强不变的情况下，物体因温度升高而发生的体积膨胀现象。 大多数物质温度升高时体积（或长度、面积）增加，例如铁路铺设钢轨时，两条钢轨连接处留有一定缝隙，以防止热膨胀引起损坏，另外利用某些物质因温度升高而体积膨胀的性质制成测量温度的仪器，如水银温度计。也有少数物质在一定温度范围内（例如水在0～4℃之间），温度上升时体积反而缩小。冬天0℃的水浮于表面凝结成冰，4℃的水体积最小而沉于底部。又如铸铁也是温度降低时体积膨胀，所以用铸铁浇铸出来的工件因铁水凝固时体积膨胀，使铸铁和模型密切吻合而条纹毕露。 膨胀系数 表征物体受热时膨胀程度的物理量，对固体有线膨胀系数、面膨胀系数、体膨胀系数，对于液体和气体，仅体膨胀系数才有意义。固体任何线度（长度、宽度、厚度或直径等）随温度的变化都称为线膨胀。 线膨胀系数 固态物质当温度改变1℃时，其长度的变化和它在0℃时长度的比值，叫做线膨胀系数。各种物体的线膨胀系数不同。线膨胀系数很小，一般金属的线膨胀系数约为10－5/度左右。 结果表明,随氧化铝用量增加体系热导率和热稳定性显著上升,线性膨胀系数降低,填料对硅橡胶硫化影响不大。 （对低线膨胀系数环氧树脂配方设计技术的研究，江山江环的研究人员重点进行线膨胀系数一般原理的事实推论，据中国环氧树脂行业协会专家了解，具体主要包括3个方面：一是一般的环氧树脂和固化剂组成的固化物，其线膨胀系数无本质上的差异，但高交联密度组分的α2有降低的行为；二是密度大、具有分子内氢键结合的组分，线膨胀系数有降低的举动，
原理是束绑分子运动；三是脂肪族烃基成分有提高其线膨胀系数的举动，提高芳香基浓度有利于降低线膨胀系数，特别是多环芳香基效果比较大，原理是烃基分子的高运动性、主链的难运动性。） 体膨胀系数 物体温度改变1℃时，其体积的变化和摄氏零度时体积的比值，叫做体膨胀系数。对于各向同性的固体，体膨胀系数是线膨胀系数的3倍，固体、液体、气体中，以气体的体膨胀系数为最大，固体最小，一切气体的体膨胀系数都近似相等，约为0.00367/度，即约等于每度1/273。
常用物质的热膨胀系数
thermal expansion coefficient 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 热膨胀系数有体膨胀系数β和线膨胀系数热α。 体膨胀系数β=ΔV/(V*ΔT)， 线膨胀系数α=ΔL/(L*ΔT)， 式中ΔV为所给温度变化ΔT下物体体积的改变，V为初始体积；ΔL为所给温度变化ΔT下物体长度的改变，L为初始长度。 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 αa,αc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。编辑本段各种金属的线性膨胀系数 测定温度条件及单位：20℃，10^-6K^-1 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 铬Cr 6.2 铁Fe 12.2 锗Ge 6.0 金Au 14.2 铱Ir 6.5 镁Mg 26.0 锰Mn 23.0 钼Mo 5.2 镍Ni 13.0 铂Pt 9.0 1
含脱粘界面颗粒性复合材料的有效热膨胀系数
含脱粘界面颗粒性复合材料的有效热膨胀 系数 论文导读：热膨胀本征应变。实际上三相胞元脱粘界面处不存在应力。由于基体和颗粒夹杂热膨胀系数失配而产生热应力为。相胞元，含脱粘界面颗粒性复合材料的有效热膨胀系数。关键词：热膨胀本征应变，三相胞元，Eshelby-Mori-Tanaka方法，热膨胀系数 1 引言 颗粒性复合材料由于其优异的性能在工程实际中得到广泛应用[1]，但是在高温条件下工作的复合材料构件不可避免地产生热膨胀，导致结构尺寸发生变化而产生热变形，过大的热变形会导致结构破坏，这就要求材料具有很强的高温稳定性和低的热膨胀系数。而对复合材料的热膨胀系数进行预报是细观力学界研究的重要内容之一，也是对材料进行热分析的基础。当前，对于复合材料热膨胀系数预报多见于单向或长纤维复合材料[2-5]，而对于颗粒性复合材料研究较少[6]。姚占军等人利用二相胞元法预报了颗粒增强镍基合金复合涂层的热膨胀系数，但其所建立的模型中并未考虑界面因素影响[8]。 本文基于细观力学理论建立了包含脱粘界面在内的复合材料四相模型，如图1所示；将颗粒夹杂、脱粘界面和基体壳简化为椭球三相胞元；根据Eshelby-Mori-Tanaka方法推导得到颗粒夹杂和脱粘界面的热膨胀本征应变，进而求出三相胞元的热膨胀系数；考虑到三相胞元在复合材料中随机分布，应用坐标变换公式得到复合材料平均热膨胀应变，进而求得复合材料的热膨胀系数。
2 热膨胀本征应变 取出一个三相胞元如图2所示，设三相胞元、颗粒夹杂以及脱粘界面体积分别为V为V1为V2，颗粒夹杂和基体的弹性常数分别为L1和L0，热膨胀系数分别为和。论文大全，三相胞元。 当温度变化ΔT时，由于基体和颗粒夹杂热膨胀系数失配而产生热应力为 （1） 式中，为颗粒与裂纹相互作用引起的扰动应变。 利用Mori-Tanaka方法和Eshelby等效夹杂理论可知颗粒中应力为：（2） 其中， （3） 式中，为是基体与颗粒的应变差值，是颗粒的等效本征应变，是基体和颗粒热失配应变， （4） 此处 （5） 由于颗粒各向同性，我们知道 （6） 假设脱粘界面中存在应力，其弹性常数为，则根据式（2）得到：（7） （8）
热喷涂技术概述
热喷涂技术概述 1、热喷涂技术概述 众所周知，除少数贵金属外，金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀。此外，金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重。大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效，造成极大的浪费和损失。据一些工业发达国家统计，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10 %，损失金额约占国民经济总产值的2 - 4 %。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话，其数值更加惊人。因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。随着尖端科学和现代工业的发展，各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如严重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行。因此，对材料的性能也提出更高要求。采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果，显然是不经济的，有时甚至是不可能的。所以，研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。 热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科。所谓热喷涂，就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。 一、热喷涂技术的分类 根据热源的种类热喷涂技术主要分类为：
二、热喷涂设备 虽然因热喷涂的方法不同其设备也各有差异，但依据热喷涂技术的原理，其设备都主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置以及控制系统和冷却系统组成。 三、热喷涂工艺 热喷工艺过程如下： 工件表面预处理→工件预热→喷涂→涂层后处理 1。表面预处理 为了使涂层与基体材料很好地结合，基材表面必须清洁及粗糙，净化和粗化表面的方法很多，方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定。净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂。净化处理的方法有，溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等。粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基材的结合强度。同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的。粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时，喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。对于各种金属基体，推荐采用的砂粒粒度约为16－60 号砂，粗砂用于坚固件和重型件的喷砂，喷砂压力为0。5－0。7Mpa，薄工件易于变形，喷砂压力为0。3－0。4Mpa。特别值得注意的一点是，用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量。喷涂前工件表面的粗化程度对大多数金属材料来说2。5－13 μmRa 就够了。随着表面粗糙度的增加涂层与基体材料的结合增强，但是当表面粗糙度超过10μmRa 后，涂层结合强度的提高程度便会减低。对于一些与基材粘结不好的涂层材料，还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层，称为粘结底层，常用作粘结底层的材料有Mo、NiAl、NiCr 及铝青
热喷涂技术综述
热喷涂综述 一、热喷涂的定义 热喷涂技术，是采用某种高温热源，将欲涂覆的涂层材料熔化或至少软化，并用气体使之雾化成微细液滴或高温颗粒，高速喷射到经过预处理的基体表面形成涂层的技术。 当热源的比能量足以使基体表面发生薄层熔化，与喷射的熔融颗粒形成完全致密的冶金结合涂层时，称为热喷焊，简称喷焊。 使用高温热源，如氧——可燃气体燃烧火焰、电弧、等离子电弧、激光束、爆炸能等，是热喷涂技术区别于其他喷涂方法和表面涂覆方法的主要特征。不同热源的最高温度列于附表。 附表：不同热源的最高温度 二、热喷涂技术的特点 采用热喷涂技术，制备各种表面强化和表面防护涂层，具有许多独特的优点。 (1)能够喷涂的材料范围特别广，包括各种金属及合金、陶瓷及金属陶瓷、塑料、非金属矿物等几乎所有固态工程材料。因而能够制备耐磨、减摩、耐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘、导电、催化、辐射、防辐射、抗干扰、超导、非晶态及生物功能等各种功能涂层； (2)能够在多种基体材料上形成涂层，包括金属基体、陶瓷基体、塑料基体、石膏、木材甚至纸板上都能喷涂，被喷涂的材料范围也十分广泛； (3)一般不受被喷涂工件尺寸和施工场所的限制，既可厂内施工，也可现场施工； (4)涂层沉积效率较高，特别适合沉积薄膜涂层。涂层厚度可以控制，从几十微米到几毫米甚至可厚达20mm； (5)除喷焊外，热喷涂施工对基体的热影响很小，基体受热温度不超过200℃，基体不会发生变形和性能变化； (6)在满足强度要求的前提下，制件基体可以采用普通材料代替贵重材料，仅涂层使用优质材料，使“好钢用在刀刃上”； (7)热喷涂施工艺灵活，方便，迅速，适应性强。 当然，热喷涂技术也有如下一些缺点。 (1)除喷焊外，热喷涂涂层与基体的结合主要是物理机械结合，结合强度不大高，涂层耐冲击和重载性能较差； (2)喷涂涂层含有不同程度的孔隙，对于耐腐蚀、抗氧化、绝缘等应用，一般不如整体材料。但可通过复合涂层系统设计等方法予以改进提高； (3)喷涂小件时，涂层材料的收得率低；
热障涂层的研究进展 终结篇
Thermal Barrier Coatings for Gas-TurbineEngine Applications Science 296, 280 (2002); DOI: 10.1126/science.1068609 Nitin P. Padture,1* Maurice Gell,1 Eric H. Jordan2 重点阐述热障涂层成分的选择、结构设计、制备工艺、失效机理以及发展趋势。 随着科学技术的发展，在航天航空、燃气发电等领域，热障涂层得到更广泛的应用。热障涂层可使高温燃气和工作基体金属部件之间产生很大的温降(可达170 ℃或更高) ,达到延长热机零件寿命、提高热机热效率的目。所谓热障涂层是指由金属粘结层和陶瓷表面涂层组成的涂层系统。陶瓷层是借助于中间抗高温氧化作用的合金粘结层而与基体连结的。这一中间过渡层减少了界面应力，避免陶瓷层的过早剥落。 金属粘结层主要作用增强陶瓷涂层与基体的结合力、提高热膨胀系数匹配, 提高基体的抗氧化性。目前,常用作粘结层的合金为MCrAlY, M 代表Fe、Co、Ni 或二者的结合，但由于CoO、Fe2O3 等在高温下易与ZrO2 的单斜相或立方相发生化学反应, 因此, CoCrAlY 和FeCrAlY 不宜做热障涂层的粘结底层。由于NiCoCrAlY 粘结层的抗氧化、抗热腐蚀综合性能较好，因此热障涂层大多采用这种合金体系。MCrAl Y的成分对TGO 的生长速度、成分、完整性以及与基体的结合力等因素有决定作用。 陶瓷层的作用：隔热,抗高温、热冲击性能及高温耐腐蚀性能。ZrO2 成为首选是因为具有很高的熔点、良好的高温稳定性、低的热导率以及与基体材料最为接近的热膨胀率。氧化锆是一种耐高温的氧化物，熔点是2 680 ℃，它有三种晶体类型：单斜四方立方。从四方相向单斜相转变,伴随3 %～5 %的体积膨胀,导致涂层破坏，为延长涂层的使用寿命,ZrO2 中需加入稳定剂。研究结果表明当Y2O3 含量小于6%时，在热循环过程中会发生四方相到单斜相的转变，导致涂层剥落；在Y2O3 含量为6 %～8 %时,陶瓷涂层抗热循环性能最好,寿命最长。可能适用于高温热障涂层的陶瓷材料主要有氧化锆、氧化铝、氧化钇/氧化铈稳定的氧化锆、莫来石、锆酸镧、稀土氧化物等但氧化钇/氧化铈稳定的氧化锆整体性能为最好，仍是目前广泛应用的陶瓷热障涂层。 TBC 主要有3 种结构: 双层系统、多层系统和梯度系统,。双层系统陶瓷层一般为YSZ，粘结层材料普遍采用MCrAlY 合金。制备工艺简单, 是TBC 主要采用的结构形式。多层系统是在双层结构的基础上多加了几层封阻层。封堵层可以阻止外部的V2O5、SO2 侵蚀粘结层, 降低氧的扩散速度, 能有效地防止粘结层氧化。但抗热震性能改善不大, 而且工艺复杂。梯度系统是在陶瓷层和基体金属之间采用成分、结构连续变化的一种系统。它可以减小陶瓷层与粘结底层因线膨胀系数不同而引起的内应力, 提高涂层的结合强度和抗热震性能,消除了层状结构的明显层间界面, 使力学性能和线膨胀系数连续过渡,还形成了孔隙率梯度。 从热障涂层技术的发展及应用来看,涂层的制备技术以等离子喷涂( PS)和电子束物理气相沉积( EB2PVD) 两种为主。等离子喷涂( PS)是把金属或陶瓷粉末送入高温的等离子体火焰，将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态，在高速等离子体焰流的引导下，高速撞击工件表面最终形成的喷涂涂层，操作简便，制备成本低, 沉积率高，几乎适用于所有难熔材料的喷涂，组织为层状的等轴晶, 涂层与金属基体的结合力相对较低,低的耐应变性，涂层是多孔的, 金属结合层易氧化导
热膨胀系数
热膨胀系数 【热膨胀】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。 【膨胀系数】为表征物体受热时，其长度、面积、体积变化的程度，而引入的物理量。它是线膨胀系数、面膨胀系数和体膨胀系数的总称。 【固体热膨胀】固体热膨胀现象，从微观的观点来分析，它是由于固体中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。晶体中两相邻粒子间的势能是它们中心距离的函数，根据这种函数关系所描绘的曲线，如图2-6所示，称为势能曲线。它是一条非对称曲线。在一定温度下，粒子在平衡位置附近振动、具有的动能为EK，总能量为EK与相互作用能EP之和，它在整个运动过程中是守恒的。图中，粒子间最接近的距离是r′，最远的距离是r〃。由于距离减小所引起的斥力增长比由于距离增大所引起的引力下降快的多，因而粒子间接近的距离与粒子间远离的距离关系是r0r′＜r〃-r0所以两相邻粒子中心的平均距离为变的情形。由此可见，当晶体温度升高，粒子热振动加剧，体积膨胀。 【固体的线膨胀】由于固体随温度的变化而变化，当温度变化不太大时，在某一方向长度的改变量称为“固体的线膨胀”。例如，一细金属棒受热而伸长。固体的任何线度，例如，长度、宽度、厚度或直径等，凡受温度影响而变化的，都称之为“线膨胀”。 【线膨胀系数】亦称线胀系数。固体物质的温度每改变1摄氏度时，其长度的变化和它在0℃时长度之比，叫做“线膨胀系数”。单位为1/开。符号为αl。其定义式是即有lt=l0（l+αlt）。由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度l时所选定的参考温度有关，但由于固体的线膨胀系数变化不大，通常可忽略这种变化，而将α当作与温度无关的常数。
体积膨胀系数一览表
原油体积膨胀系数一览表（适用于柴油以上组分）比重范围升降1℃时膨胀系数比重范围升降1℃时膨胀系数0.7000 — 0.7099 0.000897 0.8500 — 0.8599 0.000699 0.7100 — 0.7199 0.000884 0.8600 — 0.8699 0.000686 0.7200 — 0.7299 0.000870 0.8700 — 0.8799 0.000673 0.7300 — 0.7399 0.000857 0.8800 — 0.8899 0.000660 0.7400 — 0.7499 0.000840 0.8900 — 0.8999 0.000640 0.7500 — 0.7599 0.000831 0.9000 — 0.9099 0.000633 0.7600 — 0.7699 0.000818 0.9100 — 0.9199 0.000620 0.7700 — 0.7799 0.000805 0.9200 — 0.9299 0.000607 0.7800 — 0.7899 0.000792 0.9300 — 0.9399 0.000594 0.7900 — 0.7999 0.000778 0.9400 — 0.9499 0.000581 0.8000 — 0.8099 0.000765 0.9500 — 0.9599 0.000567 0.8100 — 0.8199 0.000752 0.9600 — 0.9699 0.000554 0.8200 — 0.8299 0.000738 0.9700 — 0.9799 0.000541 0.8300 — 0.8399 0.000725 0.9800 — 0.9899 0.000528 0.8400 — 0.8499 0.000712 0.9900 — 0.9999 0.000515 注：P20 = P't + r（t-20） P't：试样在实验温度t℃的密度g/cm3 r：平均密度温度系数g/cm3/℃ t：试样的实验温度℃
常用材料的线膨胀系数一览表
常用材料的线膨胀系数一览表 不同温度下钢材的平均线膨胀系数值如表1所示。 非金属材料的线膨胀系数如表2所示 表1不同温度下钢材的平均线膨胀系数值 在下列温度与20℃之间的平均线膨胀系数，“α”，10-6×℃-1材料 -196-150-100-50050100150200250300350400450500550600650700750800碳素钢、碳钼钢、9.1 低铬钼钢（至 Cr3Mo）9.449.8910.3910.76 11.12 11.5311.88 12.25 12.5612.90 13.24 13.5813.93 14.22 14.42 14.6214.74 14.90 15.02—铬钼钢（Cr5Mo～ 8.468.909.369.7710.16 10.52 10.9111.15 11.39 11.6611.90 12.15 12.3812.63 12.86 13.05 13.1813.35 13.48 13.58—Cr9Mo） 奥氏体不锈钢14.67 15.08 15.45 15.9716.28 16.54 16.8417.06 17.25 17.4217.61 17.79 17.9918.19 18.34 18.58 18.7118.87 18.97 19.07 19.29（Cr18-Ni9） 高铬钢（Cr13、7.748.108.448.959.299.599.9410.20 10.45 10.6710.96 11.19 11.4111.61 11.81 11.97 12.1112.21 12.32 12.41—Cr17） Cr25-Ni20 蒙纳尔 （Mone1） Ni67-Cu30 铝 灰铸铁
各种材料的热膨胀系数
常用材料的热膨胀系数 ×106 ?????????? 表常用材料的热膨胀系数 ×106 （mm/mm·℃） t/℃ -100~0 20~100 20~200 20~300 20~400 20~500 20`600 20~700 20~800 20~900 15号钢、A 3钢 A3F 、B3钢 10号钢 20号钢 45号钢 1Cr13、2Cr13 Cr17 12Cr1MoV 10CrMo910 Cr6SiMo X20CrMo WV121 1Cr18Ni9Ti 10.6 — — — 10.6 — 10.05 — — — — 16.2 — — — 11.75 11.5 11.60 11.16 11.59 10.50 10.00 9.80~ 10.63 12.50 11.50 10.80 16.60 10.60~ 12.20 12.41 12.60 12.12 12.32 11.00 10.00 11.30~ 12.35 13.60 12.00 11.20 17.00 11.30~ 13.00 17.10~ 13.45 12.78 13.09 11.50 10.50 12.30~ 13.35 13.60 11.60 17.20 12.10~ 13.50 17.60 17.90 20.90 13.60 13.00 13.38 13.71 12.00 10.50 13.00~ 13.60 14.00 12.50 11.90 17.50 12.90~ 13.90 18.00~ 13.85 13.93 14.18 12.00 11.00 12.84~ 14.15 14.40 12.10 17.90 13.14 13.20 13.90 14.60 14.38 14.67 13.80~ 14.60 14.7 13.00 12.30 18.20 13.50~ 14.30 18.60 13.31 13.50 14.81 15.08 14.20~ 14.86 18.60 14.70~ 15.00 13.54 13.80 12.93 12.50 13.50 12.48 13.56
液体膨胀系数
20℃的液体体积膨胀系数 液体 体积膨胀系数 （L/℃）液体 体积膨胀系数 (L/℃) 水0.00207 丙酮0.00149 硫酸水溶液，100％0.000558 乙二醇0.000638 硫酸水溶液, 10.9％0.000387 丙三醇（甘油）0.000505 硫酸水溶液，5.4％0.000311 乙酸甲酯0.00143 硫酸水溶液，1.4％0.000234 乙酸乙酯0.00139 盐酸水溶液，33.2％0.000455 苯0.00124 盐酸水溶液，4.2％0.000239 甲苯0.00109 盐酸水溶液， 1.0％0.000211 苯酚0.00109 氯化钠水溶液，26.0％0.000440 苯胺0.000858 氯化钠水溶液, 20.6％0.000414 对二甲苯0.00101 硫酸钠水溶液，24％0.000410 间二甲苯0.00099 硫酸钠水溶液，1.9％0.000235 邻二甲苯0.00097 氯化钾水溶液， 24.3％0.000353 油品，oAPI 3～35 0.00072(注) 氯化钙水溶液，40.9％0.000458 油品，oAPI 35～51 0.00090(注) 氯化钙水溶液，6.0％0.000250 油品，oAPI 51～64 0.00108(注) 二硫化碳0.00122 油品，oAPI 64～79 0.00126(注) 四氯化碳0.00124 油品，oAPI 79～89 0.00144(注) 三氯甲烷（氯仿）0.00127 油品，oAPI 89～94 0.00153(注) 甲醇0.00120 油品，oAPI 0.00162(注)
≥94～100 乙醇0.00112 －－甲酸0.00103 －－乙酸0.00107 －－乙醚0.00166 －－注：15.6℃的体积膨胀系数。
膨胀系数
一些固体的线性热膨胀系数α 物质α in 10-6/K 20 °C 铝23.2 纯铝23.0 锑10.5 芳纶-4.1 铍12.3 水泥 6 - 14 铅29.3 铜17.5 镉41.0 铬 6.2 钻石 1.3 冰, 0 °C51.0 铁12.2 锗 6.0 玻璃 (窗玻璃) 7.6 玻璃 (工业玻璃) 4.5 玻璃 (普通) 7.1 玻璃 (Borsilikatglas, Duran, 派热克斯玻璃) 3.25 玻璃 (Quarzglas) 0.5 玻璃陶瓷 (Zerodur) < 0.1 金14.2 花岗岩 3.0 石墨 2.0 灰铸铁9.0 木头, Eiche 8.0 不变钢 1.7-2.0 铱 6.5 食盐40.0 碳纤维 (HM 35 in L?ngsrichtung) -0.5 康铜15.2 Kovar~ 5 铜16.5 一些液体的体积热膨胀系数 γ 物质 γ in 10-3/K 20 °C 酒精 (乙醇) 1.10 丙酮 1.43 汽油 1.06 苯 1.23 氯仿 (三氯甲 烷) 1.28 果酸 1.07 乙醚 1.62 乙酸乙酯 1.38 甘油 (Propantriol) 0.49 甲醇 1.10 矿物油 (液压 油) 0.70 石蜡0.76 煤油0.96 水银0.18 松节油 1.00 四氯化碳 1.22 甲苯 1.12 水0.21
镁26.0 锰23.0 砖 5.0 黄铜18.4 钼 5.2 新银18.0 镍13.0 铂9.0 尼龙120.0 聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 85.0 聚氯乙烯 (PVC) 80.0 瓷器 3.0 银19.5 锡 2.0 钢13.0 不锈钢14.4-16.0 钛10.8 铋14.0 钨 4.5 锌36.0 锡26.7