一、概念

熱膨脹系數：物體的體積或長度隨溫度的變化而膨脹的現象稱為熱膨脹。其變化能力以等壓(p一定)下，單位溫度變化所導致的長度、面積或體積的變化，即熱膨脹系數表示。

熱膨脹的本質是晶體點陣結構間的平均距離隨溫度變化而變化。材料的熱膨脹通常用線膨脹系數或者體膨脹系數來表述。熱膨脹系數是材料的主要物理性質之一，它是衡量材料的熱穩定性好壞的一個重要指標。

線脹系數：指固態物質當溫度改變攝氏度1度時，其某一方向上的長度的變化和它在20℃（即標準實驗室環境）時的長度的比值。

大多數情況之下，此系數為正值。也就是說溫度變化與長度變化成正比，溫度升高體積擴大。但是也有例外，如水在0到4攝氏度之間，會出現負膨脹。而一些陶瓷材料在溫度升高情況下，幾乎不發生幾何特性變化，其熱膨脹系數接近0。

二、熱膨脹系數測定意義

在實際應用中，當兩種不同的材料彼此焊接或熔接時，選擇材料的熱膨脹系數顯得尤為重要，如玻璃儀器、陶瓷制品的焊接加工，都要求兩種材料具備相近的熱膨脹系數。在電真空工業和儀器制造工業中廣泛地將非金屬材料與各種金屬焊接，也要求兩者有相適應的熱膨脹系數：如果選擇材料的膨脹系數相差比較大，焊接時由于膨脹的速度不同，在焊接處產生應力，降低了材料的機械強度和氣密性，嚴重時會導致焊接處脫落、炸裂、漏氣或漏油。如果層狀物由兩種材料迭置連接而成，則溫度變化時，由于兩種材料膨脹值不同，若仍連接在一起，體系中要采用——中間膨脹值，從而使一種材料中產生壓應力而另一種材料中產生大小相等的張應力，恰當的利用這個特性，可以增加制品的強度。因此，測定材料的熱膨脹系數具有重要意義。

三、影響熱膨脹系數的因素

1 化學礦物組成

熱膨脹系數與材料的化學組成、結晶狀態、晶體結構、鍵的強度有關。組成相同，結構不同的物質，膨脹系數不相同。通常情況下，結構緊密的晶體，膨脹系數較大；而類似于無定形的玻璃，往往有較小的膨脹系數。鍵強度高的材料一般會有低的膨脹系數。

2 相變

材料發生相變時，其熱膨脹系數也要變化。純金屬同素異構轉變時，點陣結構重排伴隨著金屬比容突變，導致線膨脹系數發生不連續變化。

3 合金元素對合金熱膨脹有影響

簡單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體合金的膨脹系數介于內組元膨脹系數之間。而多相合金膨脹系數取決于組成相之間的性質和數量，可以近似按照各相所占的體積百分比，利用混合定則粗略計算得到。

4 織構的影響

單晶或多晶存在織構，導致晶體在各晶向上原子排列密度有差異，導致熱膨脹各向異性，平行晶體主軸方向熱膨脹系數大， 垂直方向熱膨脹系數小。

5 內部裂紋及缺陷也會對熱膨脹產生影響

四、金屬膨脹系數

測定溫度條件及單位：20℃，(單位1E-6 /K或1E-6 /℃）

金屬名稱	元素符號	線性熱膨脹系數	金屬名稱	元素符號	線性熱膨脹系數
鈹	Be	12.3	鋁	Al	23.2
銻	Sb	10.5	鉛	Pb	29.3
銅	Cu	17.5	鎘	Cd	41.0
鉻	Cr	6.2	鐵	Fe	12.2
鍺	Ge	6.0	金	Au	14.2
銥	Ir	6.5	鎂	Mg	26.0
錳	Mn	23.0	鉬	Mo	5.2
鎳	Ni	13.0	鉑	Pt	9.0
銀	Ag	19.5	錫	Sn	2.0

五、液體膨脹系數

測定溫度條件：20℃，單位：1/℃（1/K）

汞（水銀）	0.00018
水	0.000208
丙三醇（甘油）	0.00050
濃硫酸	0.00055
乙二醇	0.00057
苯胺	0.00085
二甲苯	0.00085
汽油	0.00095
松節油	0.00100
煤油	0.00100
甲苯	0.00108
乙醇（酒精）	0.00109
乙酸	0.00110
溴	0.00110
正辛烷	0.00114
三氯乙烯	0.00117
甲醇	0.00118
二硫化碳	0.00119
四氯化碳	0.00122
正庚烷	0.00124
苯	0.00125
氯仿	0.00127
乙酸乙酯	0.00138
丙酮	0.00143
乙醚	0.00160

六、熱膨脹系數的檢測標準：

1 GB/T 34183-2017 建筑設備及工業裝置用絕熱制品 熱膨脹系數的測定 2018-08-01 實施

2 GB/T 3074.4-2016 石墨電極熱膨脹系數（CTE）測定方法 2017-07-01 實施

3 GB/T 16920-2015 玻璃 平均線熱膨脹系數的測定 2016-07-01 實施

4 GB/T 28194-2011 玻璃 雙線法線熱膨脹系數的測定 2012-09-01 實施

5 GB/T 25144-2010 搪玻璃釉平均線熱膨脹系數的測定方法 2011-03-01 實施

6 GB/T 16535-2008 精細陶瓷線熱膨脹系數試驗方法 頂桿法 2009-05-01 實施