材料热膨胀系数的发展与未来分析

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1、第13卷第4期中国计量学院学报Vol.13No.42002年12月JournalofChinaInstituteofMetrologyDec.2002【文章编号】100421540(2002)0420259205材料热膨胀系数的发展与未来分析费业泰,赵静(合肥工业大学,安徽合肥230009)【摘要】全面分析了材料热膨胀系数的发展过程及现状,指出了传统热膨胀系数以圆柱棒体为标准之不足,提出了以球体为标准试件的精确膨胀系数新概念及要解决的理论与实际技术问题L【关键词】精密工程;热膨胀系数;热膨胀系数新概念;热变形系数【中图分类号】

2、TH133.31【文献标识码】AAnalysisofthedevelopmentandfuturetendencyofmaterialthermalexpansioncoefficientFEIYe2tai,ZHAOJing(HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Intheprecisionengineering,thematerialthermalexpansioncoefficientisre2quiredtobemoreaccurate.Thispa

3、percomprehensivelyanalysesthedevelopmentandpresentconditionsofmaterialthermalexpansioncoefficient.Afterposingofthedefi2ciencyoftraditionalthermalexpansioncoefficient,itputsforwardthenewconceptofaccuratethermalexpansioncoefficientandtechnologicalproblems,whichneedtob

4、esolvedintheoreticandpracticalapplication.Keywords:precisionengineering;thermalexpansioncoefficient;newconcept;thermaldeformationcoefficient1问题的提出物体的热膨胀现象在自然界普遍存在L这种现象的存在,给制造工业带来很多不利的影响,尤其在精密机械,精密仪器及测试技术中,由于温度变化引起被加工和被测量对象的热变形对加工精度和测量精度的影响已越来越引起人们的重视L通常,衡量物体热变形的主要参数

5、是组成该物体材料的热膨胀系数L然而,传统的热膨胀系数精度不高,为适应现代高精度的发展,即超精加工、超精测试特别是纳米技术的要求,材料热膨胀系数的精度需要更加准确L因此,分析材料热膨胀系数的产生与发展,研究提出未来高精度材料热膨胀系数的定义及其实现技术,具有重要的科学意义和实用价值L【收稿日期】2002206220【基金项目】国家自然科学基金资助项目(50075023).【作者简介】费业泰(1934-),男,安徽肥东人,教授,博士生导师,主要研究方向为精密测试技术与精度理论L©1994-2010ChinaAcademicJour

6、nalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net260中国计量学院学报第13卷2几个基本概念2.1理论热膨胀系数:物理学家格律乃森从热力学理论出发,研究提出了热膨胀系数的理论表达式L它能反映物体热膨胀系数的物理本质,但公式复杂,且未知量难以确定,不具有实用性L2.2实用热膨胀系数:采用一维测杆作为标准试件来测定材料的热膨胀系数,称为实用热膨胀系数L它没有考虑物体形体尺寸的影响,且测得的结果是一定温度区间的平均值,因此精度不高且具有很多局限性L2

7、.3精确热膨胀系数:将实用热膨胀系数用微分方法表示成温度的函数,称精确热膨胀系数L由此做成表格或用图形表示,以便在实际使用时精确知道某一温度点的热膨胀系数,但它仍未考虑形体尺寸的影响,因而只是一个近似值L2.4热变形系数:零件形体几何参数在单位温度变化时的尺寸变化量称为热变形系数L对于某一确定的尺寸,它不仅是温度的函数,也是零件形体其它相关尺寸的函数L2.5科学热膨胀系数:利用球体作为标准试件来定义的热膨胀系数,称为科学热膨胀系数L它不受球体直径大小的影响,实际上是用球体的热变形系数来反映材料的热膨胀系数L3材料热膨胀系数的发

8、展分析3.1理论热膨胀系数物体的热膨胀与原子的热振动有关,根据弗兰克尔原子模型以及其准谐振理论,由于原子间相互作用的位能曲线的不对称性,使得温度变化时原子振动中心改变L正是由于晶体内原子的这种非简谐振动,宏观上才表现为晶体的膨胀变形L格律乃森从热力学理论出发,研究了热膨胀系数