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2022/12/12 15:54:50
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CTE热膨胀系数简介
CTE（coefficient of thermal expansion），即热膨胀系数。是物体由于温度改变而有胀缩现象。CTE的变化能力以等压(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。各物体的热膨胀系数不同，一般金属的热膨胀系数单位为1/度（摄氏）。
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。
CTE热膨胀系数分类
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。简单来说，膨胀系数是表征物体热膨胀性质的物理量，即表征物体受热时其长度、面积、体积增大程度的物理量。长度的增加称“线膨胀”，面积的增加称“面膨胀”，体积的增加称“体膨胀”，总称之为热膨胀。
线膨胀系数
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。
线膨胀系数有时也称为线弹性系数（linear expansivity），表示材料膨胀或收缩的程度。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。
耐火材料线膨胀系数的常用测量方法有：顶杆式间接法、望远镜直读法、激光法测量。
CTE热膨胀系数相关因素
1、热容
热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就是热运动能量的增大。升高单位温度时能量的增量即为热容。因此热膨胀系数与热容密切相关，并与热容有着相似的规律。即在低温时，膨胀系数也像热容一样按T3规律变化，0 K时，α、c趋于零；高温时，因有显著的热缺陷等原因，使α仍有一个连续的增加。图为Al2O3的热膨胀系数和热容随温度变化的关系曲线，从图中可看出，在宽广的温度范围内，这两条曲线近似平行，变化趋势相同。
2、结合能和熔点
固体材料的热膨胀与点阵中质点的位能有关，而质点的位能是由质点间的结合力特性所决定的。质点间的作用力越强，质点所处的势阱越深，升高同样温度，质点振幅增加得越少，相应地热膨胀系数越小。当晶体结构类型相同时，结合能大的材料的熔点也高，也就是说熔点高的材料膨胀系数较小。
CTE热膨胀系数影响因素
1、化学矿物
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
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
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
内部裂纹及缺陷也会对热膨胀系数产生影响。
塑料材料线性膨胀系数大，其注塑后产品热胀冷缩的幅度大。工程塑料的比热容比金属及无机材料大，一般为1-2kj/(kg·K），是钢铁材料的2-4倍。工程塑料的线膨胀系数比金属和陶瓷大，是金属材料的3-10倍，因此，工程塑料制品容易因温度变化而影响尺寸的稳定性。
全球多元化化工企业沙特基础工业公司(SABIC)推出了ULTEM™ 3310TD树脂，新型ULTEM 3310TD树脂的CTE热膨胀系数仅为~38 ppm/C，比普遍用于多模光纤收发镜头的ULTEM™ 1010树脂降低了30%，同时保持85%以上的近红外传输率，非常适合用于单模光纤系统中的光学收发准直器镜头。
