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通过测热分析的热膨胀分析

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在考虑材料在温度波动的系统中使用时,材料的热膨胀非常重要。测长法是一种技术,用于测量材料在温度波动时的区域、形状、长度或体积变化。从而能够计算热膨胀。在本视频中,我们将介绍膨胀计,并演示如何测量实验室中金属样品的热膨胀。

稀释测量首先通过使用卡钳测量样品的初始长度。然后,样品被放置在一个熔炉中,在本实验中,连接到一个垂直推杆。净化气体流经熔炉,提供一致的条件,防止样品在加热过程中氧化。然后,样品以指定速率加热到预定温度。样品的热膨胀被转移到推杆上,然后转移到位移传感器。大多数材料随温度升高而膨胀,然后在冷却时收缩。由于杆也暴露在炉中的高温下,它也经历热膨胀和收缩。因此,必须纠正测量值,以对此进行说明。

样品经历的热膨胀是通过将长度变化除以样品的初始长度来计算的。这会产生材料的平均线性热膨胀。通过将平均线性膨胀除以温度变化,可以计算出线性热膨胀系数[L'。体积膨胀系数 αV 是各向异性材料线性膨胀系数的 3 倍。某些各向异性材料,即其性质取决于方向的材料,可能在不同的方向上表现出不同的线性膨胀系数。现在,您已经了解了使用膨胀计进行热膨胀的基本知识,让我们来看看实验室中的技术。

首先,为膨胀计操作系统通电,让样品在室温下进行平衡。确保仪器的冷却系统正在运行,并且氮气已连接到炉子。不要打开气体流,当炉子打开时,气体将打开。现在,在测试样品之前,检查系统是否执行了校准运行,并选择满足或超过最高温度范围的最新校准,最好以相同的温度斜坡速率运行。在这里,我们将使用以前进行的标准晶体锁的校准运行。接下来,使用高质量口径精确测量样品的长度。

沿长度进行多次测量,以确定测量误差。确保样品足够长,使推杆对样品顶部施加一些力。如果不够高,请使用已知热膨胀的材料的垫子并测量其高度,以便从结果中减去间隔器。如果使用垫间隔器,则必须与 1o 内的示例平行。然后打开系统电源,确保炉子接近室温。现在,通过拉动侧面的旋钮将管室从炉子中取出来释放管。抬起管子,用异丙醇和抹布清洁腔室的底面,以确保样品有平坦的站立位置。然后,将样品放在炉子中,将平表面朝向造型室底部和推杆,然后降低推杆,直到其接触样品顶部。将装有样品的管室放回熔炉中,通过检查位移量表确保样品不会移动。现在,将加热参数输入到膨胀计操作系统中。

在这里,金属样品将以5o/分钟的恒定速率加热20o-1000oc。要冷却炉子,只需让温度与室温平衡。在开始测试之前,仔细检查所有系统是否都已打开且正常工作。打开氮气净化气体,并确保其流向系统。然后启动测试并定期检查,以确保测试正常运行。当运行完成且系统冷却回室温时,导出并保存数据。然后再重复扫描 2 次,以说明第一次运行时的任何夸大扩展。完成所有运行并保存所有数据后,确保炉子冷却。然后将管子从炉子中取出并取出样品。要将管从炉子中取出,将炉子侧面的黑色旋钮拉出,以释放管。最后,关闭熔炉、冷却系统并净化气体。

现在,让我们来看看结果。程序返回的值为:1.时间,2.样品温度,3.仪表读数,4.校正扩展,5.时间(秒),6.无尺寸仪表读数,7.系统校正。首先,使用电子表格程序计算每个温度点样本长度的变化,然后将每个值除以原始长度,以获得 μL/L 值。然后绘制 #L/L 与温度。正如您从这里的图中所看到的,3种金属被加热到预设温度,然后冷却回室温。虽然铝被加热到较低的温度,但比不锈钢或冷工钢表现出更显著的热膨胀。

在铝和不锈钢的情况下,热膨胀和收缩都遵循线性斜率;意味着热膨胀是线性的。线性膨胀系数是恒定的。然而,热膨胀并不总是线性的,这意味着线性膨胀并不总是恒定的,正如我们看到的冷工作钢。冷工钢样品在 700o 和 900o 之间表现出非线性变化,这可以归因于称为错位的材料的晶格结构的缺陷。

了解材料的热膨胀和收缩对于各种应用非常重要。例如,在设计铁路和桥梁等结构时,必须考虑材料的热膨胀。铁轨部分路段的热膨胀是铁路扭曲的主要原因,在短短10年的时间里,铁路在美国有近200列火车出轨。使用膨胀测量测量热膨胀也可用于检查晶体的缺陷。错位是材料晶格结构的缺陷,可以采用许多不同的形式,如缺少一个原子的点错位,或格子中引入额外半平面的边错位。由于错位占据体积,密度随热处理而变化。因此,高分辨率扩张学扩展了研究错位重新排列的技术。了解力量和可能的失败领域至关重要。

您刚刚观看了 Joves 介绍通过膨胀测量进行热膨胀的分析。现在,您应该了解热膨胀的基本原理、膨胀测量技术,以及结构和材料工程中分析热膨胀的一些领域。谢谢你的收看。

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