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    物體的體積或長度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象為熱膨脹。熱膨脹系數(shù)用來描述溫度變化時(shí)材料發(fā)生膨脹或收縮程度的物理量。線（體）膨脹系數(shù)指溫度升高1K時(shí)物體的長度（體積）的相對增加。

    熱膨脹的本質(zhì)為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象。晶格振動一般近似地認(rèn)為是質(zhì)點(diǎn)的簡諧振動。事實(shí)上在晶格振動中相鄰質(zhì)點(diǎn)間的作用力是非線性的，作用力并不簡單地與位移成正比。

    影響材料熱膨脹的因素有很多，除了溫度外還有合金成分和組成相、晶體缺陷、晶體結(jié)構(gòu)等。

    組成合金的溶質(zhì)元素及含量對合金的熱膨脹有明顯影響。對于大多數(shù)合金來說，如合金形成均一的單相固溶體，則合金的熱膨脹系數(shù)一般介于組元的熱膨脹系數(shù)之間，可以用簡單的相加率的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。如果金屬固溶體中加入過渡元素，則固溶體的膨脹系數(shù)變化就沒有規(guī)律性。

    當(dāng)金屬和合金發(fā)生相變時(shí)，膨脹量和熱膨脹系數(shù)也發(fā)生變化。對于一級相變，伴隨著比熱容的變化，相應(yīng)的熱膨脹系數(shù)在相變點(diǎn)有不連續(xù)變化，在轉(zhuǎn)變點(diǎn)處變?yōu)闊o窮大。對于二級相變，膨脹系數(shù)曲線在相變點(diǎn)處出現(xiàn)拐點(diǎn)。

    晶體缺陷空位對熱膨脹系數(shù)影響比較大。空位可以由離子輻射產(chǎn)生，也可以由高溫淬火產(chǎn)生，空位的產(chǎn)生可以導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)的增加。

    晶體結(jié)構(gòu)組成相同，結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，膨脹系數(shù)不相同。一般情況下，結(jié)構(gòu)緊密的晶體，膨脹系數(shù)較大；而類似于無定形的玻璃，往往具有較小的膨脹系數(shù)。結(jié)構(gòu)緊密的多晶二元化合物都具有比玻璃大的膨脹系數(shù)。

    晶體具有各向異性，彈性模量較高的方向?qū)⒂休^小的膨脹系數(shù)。如剛玉在垂直于C軸方向膨脹系數(shù)為8.3×10^-6，而在平行于C軸方向，膨脹系數(shù)為9.0×10^-6。

    對于鐵磁性合金由于鐵磁轉(zhuǎn)變出現(xiàn)反常，存在膨脹峰和反膨脹峰。出現(xiàn)反常的原因在于磁致收縮抵消了合金正常的熱膨脹。利用這一特性可以得到在一定溫度范圍內(nèi)熱膨脹系數(shù)基本不變的可伐合金。

    在精密儀器儀表中，對尺寸變化要求很高。因此要求尺寸隨溫度變化非常小。為此人們開發(fā)了低膨脹合金因瓦合金。因瓦合金主要成分為Fe-Ni合金。因瓦合金的低膨脹效應(yīng)源自磁致伸縮效應(yīng)。該合金在自發(fā)磁化至飽和狀態(tài)時(shí)體積發(fā)生明顯的膨脹；而溫度升高時(shí)，合金的自發(fā)磁化減弱，上述效應(yīng)減弱，體積必然收縮；正常的熱膨脹使得體積增加，二者相互作用使得熱膨脹維持在一個較低的水平。

    真空電子元器件失效分析及定膨脹合金的開發(fā)在電子、電信行業(yè)中，真空電子元件使用量大。但在制備和使用過程中，經(jīng)常有密封不嚴(yán)，真空破壞等事故。失效分析表明，元器件中使用玻璃、陶瓷、云母等絕緣材料和導(dǎo)電合金材料。兩類材料熱膨脹特性不匹配，或者隨溫度變化趨勢不同，會造成二者膨脹變形量的不同，導(dǎo)致上述事故的發(fā)生。人們制備了定膨脹合金，將熱膨脹系數(shù)固定在某范圍內(nèi)，并與玻璃匹配。定膨脹合金分為兩類：①借助因瓦效應(yīng)達(dá)到特定熱膨脹系數(shù)的合金；②高熔點(diǎn)金屬及合金，利用其低膨脹系數(shù)達(dá)到要求，如Ni-Mo合金。

(慧樸科技，huiputech)