膨脹是什么

熱膨脹通常是指外壓強不變的情況下，大多數物質在溫度升高時，其體積增大，溫度降低時體積縮小。熱膨脹與溫度、熱容、結合能以及熔點等物理性能有關。影響材料膨脹性能的主要因素為相變、材料成分與組織、各異性的影響。

基本介紹

物體因溫度改變而發生的膨脹現象叫“熱膨脹”。通常是指外壓強不變的情況下，大多數物質在溫度升高時，其體積增大，溫度降低時體積縮小。在相同條件下，氣體膨脹最大，液體膨脹次之，固體膨脹最小。也有少數物質在一定的溫度范圍內，溫度升高時，其體積反而減小。因為物體溫度升高時，分子運動的平均動能增大，分子間的距離也增大，物體的體積隨之而擴大;溫度降低，物體冷卻時分子的平均動能變小，使分子間距離縮短，于是物體的體積就要縮小。又由于固體、液體和氣體分子運動的平均動能大小不同，因而從熱膨脹的宏觀現象來看亦有顯著的區別。

影響因素

相變

一級相變：體積突變，V-T曲線不連續變化，轉變點處膨脹系數無窮大。

二級相變：V-T曲線連續變化，膨脹系數有突變。

成分和組織

(1)形成固溶體

固溶體的膨脹系數取決于溶劑基體和溶質的膨脹系數以及它們的相對含量。當溶質的膨脹系數高于溶劑時，將增大膨脹系數。當溶質的膨脹系數低于溶劑時，將減小膨脹系數。組元之間形成無限固溶體時，任意成分固溶體的膨脹系數將處于兩組元膨脹系數之間。

(2)不同結構的物質

固體結構疏松，內部空隙較多，當溫度升高，原子振幅加大，原子間距離增加時，部分的被結構內部空隙所容納，宏觀膨脹就小。

例如：結構緊密的晶體膨脹系數大，而類似于無定形的玻璃，則往往具有較小的膨脹系數。

石英 12×10-6/K， 石英玻璃 0.5×10-6/K

敞曠式的結構，例如，石英、鋰霞石、鋰輝石等，它們是由硅氧四面體形成的架狀結構，其中存在較大的空洞，熱振動比較復雜，有兩個額外效應可能發生：

首先，原子可以向結構中空曠處振動，導致膨脹系數小,鋰霞石LiAlSiO4的熱膨脹系數是2×10-6/K。

其次，四面體協同旋轉效應，具有異常大或小的膨脹。

(3)多相體

多相體的膨脹系數可按特諾公式計算。復合體中有多晶轉變組分時，因多晶轉化的體積不均勻變化，導致膨脹系數的異常變化。復合體內的微裂紋可引起熱膨脹的滯后現象，尤其是大晶粒樣品。

各向異性影響

結構對稱性較低的單晶體，其膨脹系數具有各向異性，不同的晶向有不同的線膨脹系數。一般來說，彈性模量高的方向將有較小的膨脹系數，反之亦然。

多晶材料往往存在微晶的擇優取向，從而在一定程度上具有晶體的各向異性。

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