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零膨胀玻璃是指热膨胀系数较小的玻璃。玻璃与晶体的不同之处在于原子和离子的空间排列是不规则的。因此,其热物性从理论上不能预测,表现出各种异常现象。例如玻璃的热膨胀系数随温度降低而变小,但从SiO2网络形成物成分来看,玻璃在低温时有时也变为负的热膨胀。低膨胀玻璃的特点之一是耐热冲击性强,即耐急冷急热。
高膨胀玻璃是具有较高热胀性的玻璃,高膨胀玻璃用于磁头铁氧体铁芯的封接。铁氧体是由xFe2O3,(x是除Fe以外的金属离子)表示的化合物,因金属离子种类不同,具有(90一120)X10-7K-1的热膨胀系数。
磁头是由缠绕着线圈的铁氧体铁芯和其铁芯与磁带(或磁盘)接触部分设计的间隙而构成。在线圈上通入表示音像等信息的电气信号,对应这种信号在铁芯中产生磁通。这些信号在接触间隙的移动磁带上产生无数微小的磁石,同时记录了残留磁化 。
(1)低膨胀玻璃的特点之一是耐热冲击性强,即耐急冷急热。派莱克斯玻璃组成是以SiO2为主成分,其化学耐久性长,热膨胀系数是普通玻璃的1/3。因此成为耐热玻璃,用于烧杯等理化器皿、餐具、厨具、咖啡保温壶等。派莱克斯玻璃可耐100℃程度的急冷急热,但一般不能承受200℃以上的热冲击。
石英玻璃与上述玻璃相比,热膨胀系数更小,玻璃转变温度也高,因此将其红热的制品放入冷水中也不会炸裂。即使加热至1100℃高温也几乎不变形。因具有这些优良的耐热性能,石英玻璃在许多方面具有多种用途。如在高温下使用的理化器皿和精密的测量仪器,以及水银灯等特殊电光源玻璃都使用石英玻璃。在高温下进行精密测量要求热膨胀系数尽量接近于零,需要耐热性高的玻璃。DTA、DSC、TMA等热分析仪器必须使用石英玻璃。由于石英玻璃具有优良的热特性、包括其他优良的功能特性,因此它成为最具代表性的功能玻璃。
(2)高膨胀玻璃用于磁头铁氧体铁芯的封接。玻璃是在充分软化时流动润湿铁氧体,并填充在数毫米宽的狭小间隙沟中。要求将玻璃加热至极低黏度的温度下,玻璃在高温时会侵蚀铁氧体,扩大间隙沟的间隔,使磁头特性变差。因此需要侵蚀性小的玻璃。
铁芯片滑动面研磨后需洗净,受洗净液的侵蚀,玻璃将被损坏,影响滑动面的平滑性。因此,要求玻璃的耐水性好。另外,磁头使用中滑动面是逐渐磨损,铁氧体和玻璃的耐摩擦性不一致将使磁头特性变差,要求玻璃与铁氧体具有同一程度的良好摩擦性 。
固体的热膨胀与原子或离子的热振动,特别是非谐和振动有关。热力学温度处于OK时,原子不发生振动,对应能量曲线底部的能量状态有一结合长度。温度升高,能量水平提高,原子开始振动。结合能曲线的形状左右对称,即处于谐和振动时,原子即使发生振动,平均原子间距也不会变化,不产生热膨胀。但实际上,能量曲线左右不对称,产生非谐和振动。因此,随着温度升高,原子振动加大,原子间结合距离加长产生热膨胀。能量曲线的底部接近于左右对称的放射线。因此,完全结晶的固体热膨胀系数在绝对零度时为零,随温度升高,结合能变大,能量曲线接近深处的放射线,即产生谐和振动,热膨胀系数变小 。
14.2*0.000001/摄氏度
Q345热膨胀系数Q345热膨胀系数:(10.6-12.2)×10的-6次方/K(当20-100℃时)。Q235热膨胀系数Q235热膨胀系数:(10.6-12.2)×10的-6次方/K(当20-100...
铜17.7X10^-6/。C 无氧铜18.6X10^-8/。C 铝23X10^-6/。C 铁12X10^-6/。C 普通碳钢、马氏体不锈钢的热膨胀系...
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α=ΔV/(V*ΔT),式中ΔV为所给温度变化ΔT下物体体积的改变,V为物体体积。
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。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
αc,αa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。
格律乃森定律: 热膨胀系数与定容比热容成正比,它们有相似温度依赖关系,在低温下随温度升高急剧增大,而到高温则趋于平缓。
熔点较高的金属具有较低的膨胀系数。线膨胀系数和熔点的关系可由经验公式表示如下:
α1Tm=0.022
原子间的结合力强,势能曲线深而狭窄,升高同样的温度,质点振幅增加的较少,热膨胀系数小。
压力保持不变时,由于温度的改变,造成固体、液体和气体发生长度或体积变化的现象。膨胀的程度用膨胀系数表示。
固体的线膨胀系数定义 l是试件的长度,T是温度,p是压强。对于每种固体,都有一个德拜特征温度,低于此特征温度时,α 随温度强烈变动;高于此特征温度时,α实际上是常数。处在室温的许多普通材料,其温度都接近或高于各自的特征温度,其长度随温度变化的规律,可用近似式l=lo(lαt)表示,式中lo为零摄氏度(0°C)时的长度,t是摄氏温度。
从微观看,固体的热膨胀是固体中相邻原子间的平均距离增大。晶体中两相邻原子间的势能是原子核间距离的函数,势能曲线是一条非对称曲线。在一定的振动能量下,两原子的距离在平衡位置附近改变着,由于势能曲线的非对称性,其平均距离r大于平衡时的距离ro;在更高的振动能量时,它们的平均距离就更大。由于振动的能量随温度升高而增大,所以两原子间的平均距离也随温度升高而增大,结果使整块固体胀大。
E.格临爱森理论指出,膨胀系数同固体比热容成正比(见非谐相互作用),在低温下(小振幅振动)膨胀系数趋于零。
纯晶体沿不同的轴向可以有不同的α 值,多晶体几乎没有各向异性的效应。
固体的面膨胀系数定义为 式中A为试件的面积。
固体的体膨胀系数定义为 式中V为试件的体积。
对于各向同性固体,α、β、γ之间的关系为 β=2α, γ=3α。
由于液体和气体没有固定的形状,只有体积随温度的变化才有意义,所以常用体膨胀系数表示它们的膨胀程度。体膨胀系数为 。
气体的γ 可通过理想气体状态方程来计算,其值与温度和压强有关。
液体的γ 与压强近似无关,主要取决于温度。液体的γ 虽然可以在相当大的温度范围内取作常数(如膨胀式温度计),但也有反常情况。例如,温度从0°C到4°C时,水的体积缩小了;在4°C以上,它又随温度上升而膨胀。前者称为水的反常膨胀。