C_fMg复合材料的热膨胀系数及其理论计算

石墨片环氧树脂复合材料的力学性能和热性能

石墨片环氧树脂复合材料的力学性能和热性能 酸酐固化的双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）与2.5—5%重量的石墨微片增强已被制造出来。对这些复合材料的结构，力学性能，粘弹性进行了研究和比较，XRD研究表明，对复合材料的处理并没有改变原来的纯石墨d-间距。复合材料的拉伸性能测量表明弹性模量与拉伸强度随着石墨微片的浓度增加而增加，储能模量和玻璃化转变温度（Tg）也随着石墨微片浓度上升而上升，但是线性热膨胀系数却降低了。热稳定性通过热重分析测定。与纯环氧树脂相比，这种复合材料表现出较高的热稳定性和炭浓度。通过扫描电子显微镜对这些复合材料的损伤机理加固效果进行了研究。 关键词: 石墨微片环氧树脂复合材料 一．介绍 对更高性能的复合材料的需求不断在增加，以满足更高的要求或取代现有的材料，高性能的连续纤维（如碳纤维，玻璃纤维）增强聚合物基复合材料是众所周知的。然而,这些复合材料在基体性能方面具有一些不足之处，往往限制他们的广泛应用和创造发展的需要新型的复合材料。在塑胶行业,填料的加入对聚合物材料是一种常见的操作。这不仅提高刚度，韧性,硬度,热变形温度,以及模具收缩率,也显著降低了加工成本。事实上,超过50%的聚合物生产都用无机填料以某种填充方式达到所希望的性能。最常用的粒子有碳酸钙、粘土、云母、氢氧化铝、玻璃珠,和金属磷酸盐。填料的选择往往是基于最终产品所需要的性能。改善复合材料的机械和其他性能在很大程度上依赖于填料粒子的含量、颗粒形状和大小,表面特征和分散性。因此,对其增韧的这些复合材料的机理很多来自于如裂纹尖端应力场,应力表面的衔接,剥离∕微裂纹和裂纹偏转等。 据报道,微米级填料填充的复合材料的性能不如那些充满了纳米粒子级相同的填料。此外,改进后的物理性质，化学性质，如表面平整度和阻隔性能，使用传统微米大小的粒子均不能达到。因此，近年来纳米基础的复合材料已引起相当的重视。这些都是一些很有前景的聚合物/粘土纳米复合材料，聚合物/石墨纳米微片材料，聚合物/碳纳米管复合材料。这些纳米复合材料含有非常低量的填料（10％），相比之下，传统的颗粒复合材料常用的填料含量在40-60％的范围内。此外，这些纳米复合材料是准各向同性，由传统方式相比，可以处理连续纤维增强复合材料。 值得一提的是硅酸盐粘土（蒙脱石）和石墨颗粒显示分层的自然结构并具有很高的长宽比（＞1000）。一次插层或剥离的化学过程[7,21]。虽然粘土纳米复合材料显示出较高的强度，弹性模量，热变形温度和阻隔性能，但是石墨烯纳米复合材料显示出优良的导电性能和热导性。碳纳米管也显示出优异的机械性能(模量=1 TPa，强度=10倍的钢)、热、电性能。在此基础上考虑,可以发展这些纳米级粒子提供材料的可修整性。另据报道, 碳纳米管的价格是石墨烯500倍左右,可以用常规方法剥离和复合,而碳纳米管复合材料需要处理技术的发展对于分散，纳米管的波纹和排列。因此，考虑到成本和所需的属性，石墨微片是碳纳米管方面的一个潜在的替代品。然而，在纳米尺度的基本认识强化机制仍是重要和必要的。 众所周知石墨具有高强度和高导热性，它提供了决定真正的多功能复合材料的功能性，并具有成本效益的方式。这种颗粒增强聚合物有许多潜在的应用，例如：阴极射线管和燃料电池，百代唱片，屏蔽电子罩，雷达吸波涂料，热机械增强材料。我们现在的目标是研究制造以环氧树脂为基体，石墨烯微片增强的复合材料，并探讨其力学，热学和粘弹性能以及失效机制作为石墨烯浓度的功能。 2 实验 2.1 原材料 基体材料是三组分环氧系统是由双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）通过酸酐固化剂，甲基

热固性复合材料与热塑性复合材料

热固性复合材料与热塑性复合材料 1热固性树脂基复合材料 热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料，这种材料是经过复合而成，在多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究，例如在大型客运机的应用中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞行过程中的阻碍，热固性树脂具有非常优异的开发潜能，其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。 典型的热固性树脂复合材料分为以下几种： （1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西化学公司，道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究人员重新设计思路，在加入不饱和键等其他基团条件下，提高了反应速度，减少了挥发组分。使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。 (2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点，研究人员对其进行了两面的改性研究，一面是改善湿热性能提高其使用温度;另一面则是提高韧性，进而提高复合材料的损伤容限。含有环氧树脂所制备的复

合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。 (3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能，所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度，比模量以及优异的热氧化稳定性。其在航空发动机上得到了广泛应用，主要可明显减轻发动机重量，提高发动机推重比。所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。 2热塑性树脂基复合材料 热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂，该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。 而热塑性树脂复合材料具有很多的特点，以下概述了一些热塑性树脂复合材料的特点。

常用金属热膨胀系数部分汇总11

常用金属或合金的线胀系数 金属或合金温度T/℃线胀系数α /10E-6/℃ 金属或合金温度T/℃ 线胀系数α /10E-6/℃ 铝及铝合金 碳钢20-10010.6-12.2 106020-10020-30020-20011.3-13.0 110020-10020-40020-30012.1-13.5 201120-10020-60020-40012.9-13.9 201420-1002320-60013.5-14.3 202420-10022.820-70014.7-15.0 221820-10022.3 铬钢20-10011.2 300320-10023.220-20011.8 403220-10019.420-30012.4 500520-10023.820-40013 505020-10023.820-60013.6 505220-10023.8 铸铁20-1008.7-11.1 505620-10024.120-2008.5-11.6 508320-10023.420-30010.1-12.2 508620-10023.920-40011.5-12.7 515420-10023.920-60012.9-13.2 545620-10023.920-100017.6 606120-10023.4 1020-10011.53 606320-10023.420-20012.61 610120-1002320-30013 707520-10023.220-40013铜及铜合金20-50014.18纯铜2016.520-60014.6 磷脱氧铜20-30017.7 1520-10011.75 无氧铜20-30017.720-20012.41普通黄铜20-30020.320-30013.45低铅黄铜20-30020.220-40013.6中铅黄铜20-30020.320-50013.85高铅黄铜20-30020.320-60013.9 超高铅黄铜20-30020.5 2020-10011.16 铝青铜20-30016.420-20012.12铍青铜20-30017.8

纤维复合材料的热膨胀系数(1)

纤维复合材料的热膨胀系数(1) 复合材料学报 ACTA MATERIAE COMPOSITAE SINICA 文章编号:1000-3851(2002) 03-0124-03 第19卷第3期 Vol. 19 No. 3 6月 2002年 2002 J une 纤维复合材料的热膨胀系数 王培吉, 范素华 (山东建材学院物理系, 济南250022) 摘要: 提出了一种利用压电光声技术测量材料热膨胀系数的实验方法, 并测试了单向复合材料C/C 、C/Al 的横向、纵向的热膨胀系数。根据已有的理论计算方法与实验结果对该方法的测试结果进行验证, 证明了该检测方法的可靠性, 进而又测量了C /C 、C /Al 材料在任一方向上的热膨胀系数。这种方法克服了理论计算过程复杂以及常规手段无法测量任一方向上热膨胀系数的缺陷。关键词: 热膨胀系数; 压电光声技术; 复合材料中图分类号: TB332; O482. 2 文献标识码:A THERMAL EXPANS ION COEFFICIENT OF FIBER COMPOS ITES WANG Pei-ji, FA N Su-hua (Dept . of Physics , Shandong Institute of Building Materia l , J ina n 250022, China ) Abstract: The thermal expansion coefficients of fiber composites are studied in this pa per. A method of mea suring the therma l expansion coefficient by piezoelectric photoa coustic technique was proposed . An intensity-modulated Ar la ser beam wa s used as the incident light. The beam was focused on an a bout 1μm dia meter spot and illumina ted collinearly the sa mple surface . Using the technique , piezo-electric photoacoustic signals a s a function of different frequencies were experimentally measured. The therma l expansion coefficients can be obtained by fitting the experimenta l data . On the other hand , the therma l expansion coefficients of one-wa y composite C/C a nd C/A l in the tra nsverse, longitudinal directions were mea sured . The mea sured results a re reliable by compa ring with other ca lcula tion methods a nd experimental results. Thermal expa nsion coefficients in a

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）

PTFE基复合材料的热膨胀特性分析

万方数据

万方数据

PTFE基复合材料的热膨胀特性分析 作者：古乐， 孟庆鑫， 王黎钦， Gu Le， Meng Qing-xin， Wang Li-qin 作者单位：古乐,Gu Le(哈尔滨工程大学,机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001)， 孟庆鑫,Meng Qing-xin(哈尔滨工程大学,机电工程学 院,黑龙江,哈尔滨,150001)， 王黎钦,Wang Li-qin(哈尔滨工业大学,机电工程学院,黑龙江 ,哈尔滨,150001) 刊名： 机械研究与应用 英文刊名：MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION 年，卷(期)：2007,20(1) 被引用次数：3次 参考文献(4条) 1.石淼森固体润滑材料 2000 2.Philip J Rae;Eric N Brown;E Clements Pressure-induced Phase Change in Poly(tetrafluor-oethylene)at modest impact velocities[外文期刊] 2005(06) 3.L Ylianttila;J Schroder Temperature effects of PTFE diffusers[外文期刊] 2005(27) 4.姚爱芬DSC法对PTFE结晶转变的研究[期刊论文]-有机氟工业 1991(04) 本文读者也读过(10条) 1.贾晓梅.王黎钦.古乐.郑德志.齐毓霖.Jia Xiaomei.Wang Liqin.Gu Le.Zheng Dezhi.Qi Yulin聚苯酯填充聚四氟乙烯复合材料摩擦学行为研究[期刊论文]-润滑与密封2005(5) 2.曹翠玲.阎逢元.CAO Cui-ling.YAN Feng-yuan MoS2、CdO及聚全氟乙丙烯填充改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能[期刊论文]-机械工程材料2007,31(1) 3.贾晓梅.王黎钦.应丽霞.古乐.JIA Xiao-mei.WANG Li-qin.YING Li-xia.GU Le PTFE基复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能研究[期刊论文]-摩擦学学报2007,27(2) 4.李秀娟.王黎钦.古乐.齐毓霖表面涂敷聚四氟乙烯固体润滑薄膜的混合式陶瓷球轴承与全钢轴承性能对比分析[期刊论文]-摩擦学学报2003,23(2) 5.李文忠.王黎钦.古乐PTFE基复合材料动态力学性能的研究[期刊论文]-工程塑料应用2005,33(2) 6.古乐.孟庆鑫.刘先科.Gu Le.Meng Qingxin.Liu Xianke塑料滑动轴承综合性能测试系统研制[期刊论文]-工程塑料应用2007,35(8) 7.张志梅.古乐.齐毓霖.梁风.Zhang zhimei.Gu Le.Qi Yulin.Liang Feng纳米级金属粉改善润滑油摩擦性能的研究[期刊论文]-润滑与密封2000(2) 8.古乐.王黎钦.李秀娟.齐毓霖氮化硅轴承球超低温承载特性试验研究[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报 2002,34(2) 9.古乐.王黎钦.齐毓霖.苏为民.钱宗德.郑亚青超低温高速混合式陶瓷轴承性能研究[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报2004,36(2) 10.李文忠.王黎钦.古乐.郑德志.Li Wenzhong.Wang Liqin.Gu Le.Zheng Dezhi聚合物填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能[期刊论文]-润滑与密封2006(10) 引证文献(3条) 1.王世杰高压差越孔密封技术[期刊论文]-润滑与密封 2009(8) 2.薛子文.杨东辉乙酸阀门内衬的损害分析及处理[期刊论文]-化学工业与工程技术 2010(4) 3.郭占军.陈建勇.郭玉海.张华鹏.唐红艳热处理对PTFE牵伸性能的影响[期刊论文]-纺织学报 2010(6)

复合材料的热性能

复合材料的热性能 摘要：本文介绍复合材料热性能的一般表针方法，并介绍针刺复合织物增强C /C 复合材料与的热物理性能。 关键词：复合材料；热性能；表针方法；针刺复合织物增强C /C 复合材料 1 复合材料的热性能表征(characterization of the rmalproperties of composites) 复合材料在加热或温度变化时，所表现的物理性能，如线膨胀系数、热导率等。 线膨胀系数:大多数物质都有热胀冷缩现象，复合材料的热膨胀主要取决于增强体和基质的线膨胀系数及其体积百分比。线膨胀系数定义为温度升高1℃材料的相对伸长。其测试方法是将一定尺寸的标准试样置于膨胀仪中升温，记录试样的长度变化△L——温度曲线，平均线膨胀系数α为： 式中L0为试样室温时的长度，mm；K为测量装置的放大倍数，△T=T2-T1为温度差，℃；α石英为对应于(T2-T1)石英的线膨胀系数，取0.51×10-6/℃；T1，T2为温度间隔的下限和上限。 精确测定复合材料的平均线膨胀系数对于确定复合材料制品成型前后的体积收缩比，保证制品尺寸，防止制品变形，减小内应力等都是很重要的一项物理参数。 在复合材料的铺层设计中需测定： αL：∥纤维方向的线膨胀系数； αT：⊥上纤维方向的线膨胀系数。 热导率:热导率是表征物质热导能力的物理量，复合材料的热导率测定是将厚度为d的标准试样置于热导率测量仪的加热板上，达到稳定后，精确测定试样两侧的温差△t。由加热板的功率W和面积S，可求出复合材料的热导率λ： 式中W为主加热板在稳定时的功率，W；d为试样厚度，m；S为主加热板的计算面积，m2；△t为试样两侧的温差，℃。 实际测定时同时测： λL：∥纤维方向的热导率； λT：⊥上纤维方向的热导率。 平均比热容:1g物质温度升高1℃所吸收的热量称为比热容。复合材料的平均比热容用铜块量热计混合法(即降落法)测定。将标准试样在加热炉内恒温加热

复合材料特性

（1）力学性能 石墨烯被认为是迄今为止强度最高的物质，添加石墨烯可以增加聚合物的力学性能。拓展石墨烯的改性范围，开发出多种的增强复合材料变得尤为重要。改性的程度有许多影响因素，例如强相的浓度和在基质中的分布状态，界面粘合性和增强相的长径比等。石墨稀纳米片和聚合物基体之间的界面粘合性强，是进行有效加固的关键。局部两相间不相容性可能由于石墨稀对基体的附着力差而降低应力转移几率，导致了一个较低的机械性能复合材料。可使用氢键和范德华力非共价键改善界面相互作用，提高聚合物基体机械性能[1]。 尽管些物理相互作用可以提高复合材料的性能，在外部受力下填料与基体之间相对移动是不可避免的。这限制了材料的最大使用强度。为了缓解该问题，关键是选择有效的手段，提高界面与基体间的抗剪切强度。改善填料与基体之间靠共价键形成的应力传递。例如，利用GO表面的羟基（-OH）与聚氨酯链上的端部的-NCO基团反应，形成聚氨甲酸酯键(-NH-CO)而共价键合到聚氨酯上。（2）导电导热性能 石墨烯的导电性能是目前已知导电材料中最好的，其载流子迁移率达15000 cm2·V- 1·s- 1[ 2]。这个数值是目前已知具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍，是商用硅片迁移率的10倍以上。石墨烯具有高导电性，当加入到聚合物基体中，可导电的石墨烯分散在基体中形成导电网络，可以大大提高复合材料的导电性。复合材料表现出导电性随石墨烯含量的增加呈现一种非线性增长。 石墨烯的导热性能很高，在室温下为3000W·M-1·K-1，已被用来作为基体填充物，以改善聚合物的热导率和热稳定性。片状石墨稀的二维片层结构在聚合物较低的界面热电阻，从而产生更好的导电性增强聚合物复合材料。其他因素，例如石墨稀片的长径比，取向和分散，基体的种类等也将影响复合材料的热性能。（3）热稳定性 热稳定性是复合材料的另一个重要性能，可以通过在聚合物基体中嵌入石墨烯来实现。高的热稳定性和层状结构的石墨烯的加入，会使复合材料热性能显著提高。Ramanathan等[3]系统研究发现石墨烯的加入可以使聚甲基丙烯酸甲酯的模量、强度、玻璃化转变温度和热分解温度大幅度提高。并且石墨烯的作用效果远远好于单壁碳纳米管和膨胀石墨。 （4）气体阻隔性能 石墨烯的加入相对于原始的聚合物可以显着减少气体对聚合物复合材料的透过率。各种研究表明,气体渗透性降低可能由于石墨稀长径比和高表面积,以及在聚合物基体中形成的“弯曲通道”效应 (tortuous path effect)，从而有效的阻隔了气体分子的扩散和穿透。Pinto等[4]研究了聚乳酸/石墨稀复合材料对氧气和氮气的阻隔性。结果表明，与未加入石墨稀前相比在复合物中使用0.4%(重量)添加量可以使复合材料对氧气的透过量下降三倍,对氮气的透过量下降四倍。（5）吸附性能 众所周知，吸附强烈依赖于孔隙结构和表面面积，以及吸附剂的官能团。石

金属的热膨胀系数

铜１7、7X10^-6/.Ｃ 无氧铜１８、6Ｘ１０^-8／。C ?铝23X10^-６／。Ｃ?铁１2X10^—６/.Ｃ?普通碳钢、马氏体不锈钢得热膨胀系数为1、01, 奥氏体不锈钢为1、6，单位计不住了,但有个简单得说法告诉：?普通碳钢１米1度１丝,即1米得钢温度升高1℃放大０。０1mm，而?不锈钢为0．０16mm。? 钢筋与混凝土具有相近得温度线膨胀系数(钢筋得温度线膨胀系数为1、2×1０^(－5）/℃，ｔ混凝土得温度线膨胀系数为1、0×10^(—5）~1、5×10^(－5)／℃）, 钢质材得膨胀系数为：1、2＊10^-5/℃ 长度方向增加：１0０ｍｍ*1、2*１0＾—５＊（250－20)=0。2７6mm?宽度方向增加：2０0mm＊1、２＊1０^－5＊（250－20)＝0。５52ｍm △Ⅰ=ａ(tｏ－t1）? a不锈钢线膨胀系数 材料温度范围?２０ 20-100 20－200 ２0-300 20-400 20-６０0 铝(合金) 22、0-24、０ 23、4—24、８ 24、0－２5、9 碳钢 10、6-１2、2 １1、３—13 １2、１-１３、５１2、９－1３、9 13、５－１４、３ 1４、7-1５ ?线膨胀系数不就是一个固定得数值，会随着温度得升高而提高，所以在应用时只作为参考，还要根据材料成份,就是否经过锻打＼热处理等情况做综合考虑、 材料线膨胀系数(ｘ0、000０0１/°C） 一般铸铁9、2-11、8 一般碳钢10~13 铬钢10~１3 镍铬钢13-15 铁12-12、5 铜1８、５ 青铜17、5 黄铜18、5 铝合金２3、８ 金 14、2 热膨胀系数 theｒmａl ｅｘpaｎsiｏn cｏｅffiｃiｅnt 物体由于改变而有胀缩现象。其变化能力以等压(p一定）下,单位温度变化所导致得变化，即热膨胀系数表示 热α=ΔV／（V＊ΔＴ)、 式中ΔV为所给温度变化ΔT下物体体积得改变，Ｖ为物体体积

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

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）

YBB00202003-2015 平均线热膨胀系数测定法.doc

YBB00202003-2015 平均线热膨胀系数测定法 Pingjunxianrepengzhangxishu Cedingfa Test for Coefficent of Mean Linear Thermal Expansion 本法规定了远低于转变温度的弹性固体玻璃的平均线热膨胀系数的测定方法。 本法适用于各种材料药用玻璃平均线热膨胀系数的测定。 定义 （1）平均线热膨胀系数α（t 0：t ） 在一定的温度间隔内，供试品的长度变化与温度间隔及供试品初始长度之比。用式（1）表示： ()00001:t t L L L t t --?= α 式中： t 0 —初始温度或基准温度，℃； t —供试品实际温度，℃； L 0 —试验时玻璃供试品在温度t 0的长度，mm ； L —供试品在温度t 时的长度，mm 。 本法规定标称基准温度t 0是20℃，因此平均线热膨胀系数表示为α（20℃：t ）。 （2）转变温度t g 玻璃动态黏度为1012.3 Pa ·s 时的温度，该温度表示了玻璃由脆性状态向粘滞状态的转变，它相应于热膨胀曲线高温部分和低温部分两切线交点的温度。 仪器装置 （1）测量供试品的长度装置，精度为0.1%。 （2）推杆式膨胀仪（水平或垂直），能测出2×10-5L 0的供试品长度变化量（即2μm/100mm ）。 测长计的接触力不应超过1.0N 。这个力通过平面与球面的接触起作用，球面当的曲率半径不应小于供试品的直径。在一些特殊的装置中需要平行平面。 承载供试品装置应确保供试品安放在稳固的位置上，在整个实验过程中供试品要与推杆轴在同一轴线上，防止有任何微小改变。 若承载供试品装置是用石英玻璃制造，见结果表示（2）中给出的注意事项。 应采用标准材料进行仪器性能试验，方法见仪器性能试验 （3）加热炉 加热炉应与膨胀仪装置相匹配，起温度上限要比预期的转变温度高50℃左右，加热炉相对于膨胀仪的工作位置在轴向和径向上应具有0.5mm 以内的重现性。 在试验温度范围内（即上限温度比最高的预期的转变温度t g 低150℃并至少为300℃），在整个供试品长度区间，炉温应能恒定在±2℃之内。 （4）炉温控制装置应符合升降速率为5℃/min ±1℃/min 控制要求。 （5）温度测量装置 在t 0和t 温度范围内，能准确测定供试品的温度，误差应小于±2℃之内。 供试品 （1）形状和尺寸

复合材料期末复习资料

复合材料C 复习 第一章概论 1. 复合材料的定义？ 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 三要素：基体（连续相）增强体（分散相）界面（基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用） 复合材料的特点：（明显界面、保留各组分固有物化特性、复合效应，可设计性）（嵌段聚合物、接枝共聚物、合金：是不是复合材料？？） 2、复合材料的命名 f（纤维），w（晶须），p（颗粒）比如：TiO /Al 2p 3. 复合材料的分类： 1) 按基体材料类型分为： 聚合物基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料(陶瓷基复合材料)。 2)按增强材料分为： 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料；有机纤维增强复合材料；晶须增强复合材料；陶瓷颗粒增强复合材料。 3) 按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。 结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能承受一定温度。 功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。 第二章增强体 1、增强体 定义：结合在基体内、用以改进其力学等综合性能的高强度材料。 要求： 1) 增强体能明显提高基体某种所需性能；2) 增强体具有良好的化学稳定性；3) 与基体有良好润湿性。 分类： f，w，p 2、纤维类增强体 特点：长径比较大；柔曲性；高强度。 ?玻璃纤维 主要成分：SiO 2 性能：拉伸强度高；较强耐腐蚀；绝热性能好。（玻璃纤维高强的原因（微裂纹）及影响因素（强度提升策略：减小直径、减少长度、降低含碱量，缩短存储时间、降低湿度等））

热膨胀系数效应考虑方式

热膨胀系数效应可通过以下三种方式考虑： （1）secant coefficient of thermal expansion割线热膨胀系数（在MP命令以ALPX，ALPY，ALPZ 输入） （2）instantaneous coefficient of thermal expansion瞬时热膨胀系数（在MP命令以CTEX，CTEY，CTEZ输入） （3）thermal strain 热应变（在MP命令以THSX，THSY，THSZ输入） 当用ALPX输入多个割线热膨胀系数αse（secant coefficient of thermal expansion）时，相对某共同基准或者定义温度，程序插值这些系数值作为割线值或者平均值。例如，假设在一个测试实验室，测量的热应变开始于23 °C，在200°C，400°C，600°C，800°C和1000°C读数。当画出该应变-温度曲线时，可以使用THSX直接输入。该温度-应变曲线的割线的斜率就是相对于共同基准23 °C（T0）定义的热膨胀系数的平均值（或割线值）。 另外可以输入瞬时热膨胀系数αin（使用CTEX）。上述应变-温度曲线的切线斜率代表瞬时热膨胀系数。下图说明了割线热膨胀系数和瞬时热膨胀系数的区别。 fig 割线热膨胀系数与瞬时热膨胀系数ANSYS程序根据下式计算结构热应变： εth=αse（T）（T-T REF） T=单元计算温度 T REF=热应变为零时的温度（由TREF命令或者MP命令的REFT定义） αse（T）=温度相关的割线热膨胀系数（如ALPX），相对于定义温度T0（definition temp）（此例中，T0与TREF相同） 如果材料数据以瞬时热膨胀系数αin输入，则程序根据下式，将瞬时值转化为割线值： 其中： T n=计算割线值αse所处的温度 T0=定义αse处的定义温度（此例中，与TREF相同） αin（T）=在温度T处的瞬时热膨胀系数CTEX 如果材料特性以热应变输入，程序将根据下式将这些应变转化为割线热膨胀系数： 其中： εi th（T）=在温度T处的热应变THSX。 如果必要，THSX数据被转换以使热应变在Tn=Tref时为零。如果在Tref的数据点存在，在Tn=Tref处αse可能产生不连续。避免αse不连续的办法是确保εith的斜率在Tref两侧要匹配。 如果αse的值是基于定义温度T0与参考温度TREF相同，在secant coefficient of thermal expansion中填写热膨胀系数属性，并将参考温度设置为T0。 考虑：

金属热膨胀系数测量

金属线热膨胀系数测定 一、实验目的 1、了解千分表膨胀仪的结构和原理。 2、掌握相变对金属热膨胀系数的影响。 二、实验原理 1、线热膨胀系数的确定 当温度由T 1到T 2，相应地长度由L 1变到L 2时，材料在该温区的平均热膨胀系数为： 212111 ()L L L T T L T L α-?= = -?? (1) 平均线性膨胀系数，表示温度升高1K 时物体长度的相对增大。 当ΔT →0时，真线性膨胀系数αT 为 (2) 膨胀系数的单位为K -1。固体材料αT 不是一个常数，通常随温度升高而加大。 2、金属正常热膨胀的来源 金属固体多以晶态存在，周期排列的原子都在围绕其平衡位置做简谐振动，随温度增加，振幅加大，动能随之增加。 3、影响热膨胀的主要因素 金属热膨胀系数主要与其化学成分、晶体结构和键强度等密切相关。 ① 键强度：键强度高，热膨胀系数低；金属熔点高，键强度高，热膨胀系数低。 d 1 d T T L T L α=?

② 晶体结构： a 结构紧密的晶体热膨胀系数都较大，而比较松散的非晶态的热膨胀系 数都较小。如多晶石英与无定形石英 。 b 非等轴晶系的晶体，各晶轴方向的膨胀系数不等，如石墨等层状结构 材料，层内联系紧密，而层间联系较松散，使得层间膨胀系数较小，而层内膨胀系数较大。 ③ 相变的影响 a 一级相变：如纯金属同素异构转变时，点阵结构重排时体积突变，伴随着金属比容突变，导致线膨胀系数发生不连续变化。 b 二级相变：发生二级相变时，体积没有变化，也没有伴随热量的吸收和释放，只是热容量、热膨胀系数等物理量发生变化。如有序-无序转变时，膨胀系数在相变温区仅出现拐折。金属与合金在接近居里温度发生磁性转变，其膨胀曲线会出现明显的膨胀峰。与正常曲线相比，它具有明显的反常现象，其中Ni 和Co 具有正膨胀峰，Fe 具有负膨胀峰。 图3 有序-无序转变膨胀曲线 ④ 合金成分和组织的影响 组成合金的溶质元素对合金热膨胀有明显影响： a 由简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体合金的线膨胀系数 图1 一级相变时α和ΔL 随T 的变化 图2 二级相变时α和ΔL 随T 的变化

管材的线膨胀及伸缩量的计算

一、热膨胀量的计算 管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。 另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩。实验证明，温度变化而引起 管道长度成比例的变化。管道温度升高，由于膨胀，长度增加；温度下降，则由于收缩， 长度缩短。温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数。不同材质的材 料线膨胀系数也不同。碳素钢的线膨胀系数为12×10—6 ／℃，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀 系数为80X10—6／℃，约为碳素钢的七倍。 管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算： ()L t t L 21-=?α 式中△L ——管道热膨胀伸长量(m)； ——管材的线膨胀系数(1／K)或(1／℃)； t 2——管道运行时的介质温度(℃)； t l ——管道安装时的温度(℃)，安装在地下室或室内时取t 1=—5℃；当室外架空敷 设时，t 1应取冬季采暖室外计算温度； L ——计算管段的长度(m)。 不同材质管材的。值见表2—1。 表2—1不同材质管材的线膨胀系数 在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为 ()L t t L 2161012-?=?- 管道材质 线膨胀系数/（×10—6/℃） 管道材质 线膨胀系数/（×10—6/℃） 碳素钢 铸铁 中铬钢 不锈钢 镍钢 奥氏体钢 12 17 纯铜(紫铜) 黄铜 铝 聚氯乙烯 氯乙烯 玻璃 80 10 5

式中12×10—6——常用钢管的线膨胀系数(1／)。 根据式(2—2)制成管道的热伸长量△L表(见表2—2)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。 例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m，输送热水温度为95℃，试计算此段管道的热伸长量。 解根据钢管的热膨胀伸长量计算式(2—2) △L=12×10—6(t1—t2)L =12×10—6（95+5）×70 = 由已知管长及送水温度，直接查表2—2，也可得管道的热伸长量△L。 如果管道中通过介质的温度低于环境温度，则计算出来的是缩短量。 表2—2水和蒸汽管道的热伸长量△L表(m)

热膨胀计算

摘要:通过分析热变形与热量之间的关系，提出利用平均线膨胀系数，将较复杂温度分布(如移动持续热源形成的温度分布) 情况下工件热变形量的计算简化为热量含量相同且温度均布状态下工件热变形量的计算方法，并给出了计算实例。 1 引言 在机械制造、仪器仪表等行业，由温度引起的热变形是影响机器、仪器设备精度的重要因素，热变形引起的误差通常可占总误差的1/3。在精密加工中，热变形引起的误差在加工总误差中所占比例可达40%～70%。为提高机器设备的工作精度，通常可采用温度控制和精度补偿两种途径来减小温度对精度的影响。温度控制是对关键热源部件或关键零件的温度波动范围进行精密控制(包括环境温度控制)。实现方法包括:①采用新型结构，如机床中的复合恒温构件等;②使用降温系统控制部件温升;③采用低膨胀系数材料等。这些方法都可程度不同地降低热变形程度，但成本较高。精度补偿方法是通过建立热变形数学模型，计算出热变形量与温度的关系，采用相应的软件补偿或硬件设备进行精度补偿。精度补偿法虽然成本较低，但要求建立精确且计算简便的数学模型。目前常见的数学模型大多是以温度作为主要计算因素，当形状规则的工件处于稳定、均匀的温度场中时，热变形数学模型的计算简便性可得到较好保证，但对于处于移动持续热源温度场中的工件，其温度分布函数的计算将变得相当复杂，甚至无法得出解析解，只能采用逼近的近似数值解法。例如:对精密丝杠进行磨削加工时，磨削热引起的丝杠热变形会导致丝杠螺距误差。在计算丝杠热变形量时，首先必须建立砂轮磨削热产生的移动持续热源在丝杠上形成的温度分布数学模型。再如:车削加工中产生的切削热形成一持续热源，使车刀产生较大热膨胀量(可达0.1mm)，严重影响加工精度。计算车刀的热变形量时，首先需要建立持续热源在车刀刀杆中的温度分布模型，这就增加了计算的复杂性。 图1 双原子模型示意图 本文从温度、热量和热变形的定义出发，分析了热量与热变形的关系。利用该关系，可简化实际工程应用中的热变形数学模型，减小运算工作量。 2 热变形原理及计算公式 热变形原理相当复杂，目前只能在微观上给予定性解释。固体材料的热膨胀本质上可归结为点阵结构中各点平均距离随温度的升高而增大。德拜(Debye)理论认为，各原子间的热振动相互牵连制约，随着温度的升高，各质点的热振动加剧，质点间的距离增大，在宏观上表现为晶体膨胀现象。用图1所示双原子模型可解释如下:在温度T0时，原子1与原子2的间距为r0，当温度升高时，原子热运动加剧，原子间势能增加，两原子间势能U(r)增大，原子间距r=r0+x0。将U(r)在r=r0处展开成泰勒级数为U(r)=U(r0)=( dU )r0x+ 1 ( d2U )r0x2+ 1 ( d3U )r0x3+… dr 2! dr2 3! dr3 (1) 略去x3以后的高次项，则式(1)曲线如图1中实线所示。图中，线1、2、3分别代表在温度T1、T2、T3下质点振动的总能量。由图可见，当两原子平衡后，其平衡位置分别位于A、B、C处，晶体处于膨胀状态。 在实际应用中，固体材料热膨胀参数以实测的热膨胀系数来表示。热膨胀系数可分为平均线膨胀系数和热膨胀率两种。平均线膨胀系数定义为:在温度t1与t2之间，温度变化1℃时相应的试样长度相对变化均值，以αm表示(单位:×10-6/℃)，计算公式为αm=(L2-L1)/[L0(t2-t1)]=(ΔL/L0)/Δt(t1

开尔文单位和空气热膨胀计算

开尔文单位和空气热膨胀计算 1开尔文单位 绝对温标是建立在卡诺循环基础上的理想而科学的温标，将水的冰点(0℃)取为273.16 K( K称开尔文，绝对温标的单位)，绝对温标的分度与摄氏温标相同。绝对零度即绝对温标的开始，是温度的最低极限，相当于-273.15℃，当达到这一温度时所有的原子和分子热运动都将停止。热力学第三定律指出，绝对零度不可能通过有限的降温过程达到，所以说绝对零度是一个只能逼近而不能达到的最低温度。以绝对零度作为计算起点的温度。即将水三相点的温度准确定义为273.16K后所得到的温度,过去也曾称为绝对温度。开尔文温度常用符号表示，其单位为开尔文，定义为水三相点温度的1/273.16,常用符号K表示。开尔文温度和人们习惯使用的摄氏温度相差一个常数273.15，即=+273.15（是摄氏温度的符号）。例如，用摄氏温度表示的水三相点温度为0.01℃，而用开尔文温度表示则为 273.16K。开尔文温度与摄氏温度的区别只是计算温度的起点不同，即零点不同,彼此相差一个常数，可以相互换算。这两者之间的区别不能够与热力学温度和国际实用温标温度之间的区别相混淆，后两者间的区别是定义上的差别。热力学温度可以表示成开尔文温度；同样，国际实用温标温度也可以表示成开尔文温度。当然，它们也都可以表示成摄氏温度。摄氏温度和开尔文温度关系为：1℃=274.15k ，0℃=273.15K。 2空气的热膨胀计算 由于LLY-56C服装压力测试仪的试验管路和气囊传感器中充斥有一定量的空气，因此气囊传感器和试验管路必然会受环境温度影响测得结果，温度热膨胀T=1/(273+气温)。假设室温为27℃，皮肤温度为33℃的环境下进行试验，温度热膨胀计算：{1/(273+27)}×(33-27)=1/50