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热膨胀仪 热膨胀仪 DIL 基本原理 基本原理 热膨胀仪 DIL 广泛应用于陶瓷材料 金属材料 塑胶聚合物 建筑材料 耐火材料 复 合材料等领域 利用热膨胀仪 可以研究材料的如下特性 线膨胀与收缩 玻璃化温度 致密化和烧结过程 热处理工艺优化 软化点检测 相转变过程 添加剂和原材料影响 反应动力学研究 图一 热膨胀仪测量示意图图一 热膨胀仪测量示意图 如上图所示 一定长度的样品被置于炉体furnace 中 施以一定的温度程序 升 降 恒温 及其组合 在这过程中样品长度的变化 膨胀 收缩 通过推杆 pushrod 传递到左侧的检 测单元 由位移传感器 LVDT 实时连续地测量该长度变化 并将数据传输到计算机程序中 再经过分析计算后 得到如下类型的图谱 100200300400500 温度 2 0 2 4 6 8 dL Lo 10 3 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 10 4 K 1 0 5 0 0 5 1 0 1 5 T 10 5 K 1 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 dL dt 10 3 1 min dL L0 d L L0 曲线 Phys Alpha Ph y s A l p h a 曲线 Tech Alpha T e c h A l p h a 曲线 玻璃棒样品 dL L0 d L L0 一次微分曲线 49样品长度 49 60mm 5K min升温速率 5K mi n 支架系统 石英 Al2O3 50mm标样 A l 2 O 3 50 mm 507起始点 50 7 4 4 温度 25 0 450 0 T 1 K 11 76E 06 527 1 1 526 1 1 526拐点 52 6 1 1 Tref 20 0 0 图图 2热膨胀仪典型图谱热膨胀仪典型图谱 图中的蓝色曲线为 dL L0 样品长度的相对变化率 曲线 紫色曲线为dL L0 的一次微分 样品长度的变化速率 曲线 绿色曲线为 Phys Alpha 物理膨胀系数 曲线 红色曲线 为 Tech Alpha 工程膨胀系数 即平均膨胀率 曲线 dL L0曲线上的点表征该温度下样品总的长度变化值相对于室温下初始长度的比值 或百分 比 即 LT L0 L0 由此以温度 或时间 为横坐标画出一条曲线即为 dL L0曲线 其上的几个标注释义 起始点 Onset 沿 dL L0曲线发生拐折之前的斜率方向与发生拐折之后的斜率方向分 别作切线 其交点作为起始点 一般用来表征材料内部一个变化过程 导致膨胀系数 的 变化 体现在曲线上为 拐折 即斜率变化 开始发生的温度点 终止点 End 与起始点相对 同样为切线的交点 一般用来表征一个变化过程的结 束点 拐点 Inflection dL L0曲线的斜率由逐渐增大 逐渐变陡 转变为逐渐减小 逐渐 平缓 的临界点 在一次微分曲线上则体现为相应的峰值点 Phys Alpha 物理膨胀系数 的计算公式如下 T 1 L0 dL dT p 其中 dL dT 为偏导 L0为室温下样品初始长度 它是计算单位长度样品在每个温度点上其长度变化随温度 T 的瞬间的变化率 即在温度 坐标上dL L0曲线当前点的斜率 由此以温度为横坐标画出一条曲线即为 Phys Alpha 曲线 其上的峰值点则表征了一定温度区间内膨胀 收缩速率最大的温度点 dL L0 一次微分曲线与物理膨胀系数曲线相似 唯一区别在于曲线上的点表征的是当前长度 变化 dL L0 随时间 t 的瞬间变化率 即在时间坐标上dL L0 曲线当前点的斜率 在恒 定升温速率情况下 dL L0 一次微分曲线与 Phys Alpha 曲线的形状完全吻合 Tech Alpha 工程膨胀系数 的计算公式如下 T1 T2 L L0 T2 L L0 T1 T2 T1 它是计算单位长度样品在一定温度区间 T1 T2 内的平均的长度变化率 如图 2 中标注了 25 45