A:热膨胀系数的概念

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。

B:测量仪器

TMA

测试样品：适合所有的材料

测试尺寸：30×7×1毫米，或者1厘米的正方形

TMA样品测试图谱：

塑料颗粒的热膨胀系数图谱

测试结果

82.45μm/(m•℃)表示1m长度的样品，在0~200℃的温度区间，每升高1℃，平均会有82.45μm的尺寸膨胀。

有机物的热膨胀系数图谱

测试结果

93.14μm/(m•℃)表示1m长度的样品，在-100~140℃的温度区间，每升高1℃，平均会有93.14μm的尺寸膨胀。

测试样品：无机陶瓷、金属材料、塑胶聚合物、建筑材料、涂层材料、耐火材料、复合材料（高温）

测试尺寸：25毫米长6毫米直径的圆柱

热膨胀系数仪测试图谱：

陶瓷的热膨胀系数图谱

测试结果

样品在0-1000℃时，热膨胀系数是3.3868μm/(m•℃)，在0-1,200℃时，热膨胀系数是2.6344μm/(m•℃)。

环氧树脂基板的热膨胀系数图

测试结果

96.2μm/(m•℃)表示1m长度的样品，在-20~120℃的温度区间，每升高1℃，平均会有96.2μm的尺寸膨胀。

C:热膨胀系数的分类

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。

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。

D:举例热膨胀系数

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。

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。

线膨胀系数分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数，后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量；平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间，每升高一度温度的平均伸长量。

热膨胀是近年发展的。它是以一激光束扫描试样，而不断测定试样在加热过程中长度的变化。

E:样品影响热膨胀系数的因素

1：化学矿物组成。

热膨胀系数与材料的化学组成、结晶状态、晶体结构、键的强度有关。组成相同，结构不同的物质，膨胀系数不相同。通常情况下，结构紧密的晶体，膨胀系数较大；而类似于无定形的玻璃，往往有较小的膨胀系数。键强度高的材料一般会有低的膨胀系数。

2：相变。

材料发生相变时，其热膨胀系数也要变化。纯金属同素异构转变时，点阵结构重排伴随着金属比容突变，导致线膨胀系数发生不连续变化。

3：合金元素对合金热膨胀有影响。

简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体合金的膨胀系数介于内组元膨胀系数之间。而多相合金膨胀系数取决于组成相之间的性质和数量，可以近似按照各相所占的体积百分比，利用混合定则粗略计算得到。

4：织构的影响。

单晶或多晶存在织构，导致晶体在各晶向上原子排列密度有差异，导致热膨胀各项异性，平行晶体主轴方向热膨胀系数大， 垂直方向热膨胀系数小。

5：内部裂纹及缺陷也会对热膨胀系数产生影响。

F:热膨胀系数的应用

材料的热膨胀系数是材料的一个非常重要的物理特性。几乎任何工业设计都必须考虑材料的温度特性，而膨胀系数就是温度特性的重要方面（其它，如电阻温度系数、强度、硬度、刚度随温度变化的特性以及一些半导体的温度特性等）。

其意义举几个例子：

1.根据材料的热膨胀，可以测量温度，例如：液体温度计；或根据两种不同材料的热膨胀系数不同可以制造双金属温度计；

2.当零件的工作温度与制作加工温度不同时，设计时必须考虑其热膨胀系数，比如工作在高温环境下的机器零件，加工时一般是在常温下，设计时必须考虑留出热膨胀余量；

3.有些零件要求工作时紧密配合，可以根据其热膨胀系数，安装时加以冷冻，使之缩小，安装完毕，恢复常温，就会得到非常巨大的紧力。

4.即使是工作在常温下的设备，也必须考虑其热膨胀系数的影响，例如：常见的铁轨都是露天安装，夏天和冬天可能有40到60摄氏度的温差，所以，过去的铁轨每两节之间必须留出胀缩缝。

总之，类似利用温度或防止温度变化影响零件工作的都必须考虑材料的热膨胀影响。