- •Раздел 8. Дилатометрия
- •25.2. Тепловое расширение. Основные определения
- •25.3. Физические основы и закономерности
- •25.3.1. Макроскопическая теория теплового расширения
- •25.3.2. Связь теплового расширения с другими термодинамическими величинами.
- •25.3.3. Анизотропия теплового расширения.
- •25.4. Предварительные замечания.
- •25.5. Точность методов
- •26. Методы исследования теплового расширения.
- •26.1. Классификация методов измерений
- •26.2. Объемный (пикнометрический) метод
- •26.3. Интерференционный метод
- •26.4. Метод Андреса
- •26.5. Кварцевые дилатометры
- •26.6. Оптико-механический дилатометр
- •27. Радиотехнические и акустические методы
- •27.1. Емкостной метод
- •27.2. Индукционный метод
- •27.3. Дилатометры серии dil-402 фирмы Netzsch
- •27.3.1. Дилатометр dil-402c.
- •27.3.2. Дилатометра dil 402 pc
- •27.3.3. Высокотемпературные дилатометры dil-402 e/7, dil-402 e/7 Pyro, dil-402 e/8 Pyro
- •27.4. Резонансный метод
- •27.5. Тензометрический метод
- •27.6. Акустические методы
Раздел 8. Дилатометрия
25. Расширение твердых тел
Тепловое расширение твердых тел. Основные определения. Электрострикция. Магнетострикция.
26. Методы исследования теплового расширения
Методы исследования теплового расширения. Объемный (пикнометрический) метод. Оптические методы. Кварцевые дилатометры.
27. Радиотехнические и акустические методы
Кварцевый двухштоковый оптико-механический дилатометр Института Физики. Радиотехнические методы. Акустические методы.
25. Тепловое расширение твердых тел
25.1. Введение
Дилатометрия (от латинского dilаto — расширяю) — область измерений, изучающая изменение размеров тел при изменении внешних условий — температуры, электрических и магнитных полей, ионизирующих излучений и т.д.
Результаты точных измерений изменений размеров необходимы, например в традиционной керамической и стекольной промышленности, а также для изучения процессов спекания реакционных порошков, используемых для создания сложной высокотехнологичной керамики или в порошковой металлургии.
Этим методом
- исследуется линейное термическое расширение
- определяется коэффициент термического расширения (КТР)
- устанавливаются температуры спекания и стадии сжатия
- исследуется объемное расширение и изменение плотности
- определяются температуры стеклования и размягчения
- влияние примесей на свойства материалов
- оптимизируются процессы отжига
- изучается кинетика процессов
- фазовые переходы
Рассмотрим некоторые примеры конкретных применений дилатометрии.
Рис. 25.1. Тепловое расширение железа
Железо. График (рис. 25.1) показывает линейное термическое расширение и коэффициент линейного расширения железа. При 906 С зарегистрировано сжатие, которое связано с изменениями кристаллической решетки (фазовым переходом) BCC - FCC. Другое изменение решетки обнаружено при 1409 С. Отклонение полученных температур от литературных данных связано с наличием примесей в материале.
Стекло. Здесь (рис. 25.2) представлены результаты измерений теплового расширения и ДСК для образца стекла. Результаты ДСК четко показывают ступень в тепловом потоке, которая объясняется процессом стеклования. Температура стеклования была зарегистрирована при 514°С. Такой же результат дают измерения на дилатометре. Температура размягчения составила 542°С. Измерения на дилатометре были автоматически остановлены во избежание порчи системы.
Рис. 25.2. Результаты ДСК и дилатометрических измерений стекла
Рис. 25.3. Тепловое расширение черепицы
Черепица. Обожженная черепица находилась в воде в течение 24 часов и затем исследовалась на дилатометре в диапазоне температур от -20 до 25°С (рис. 25.3). При охлаждении вода в порах замерзала при -7°С. Более низкая температура затвердевания объясняется переохлаждением воды. В результате замерзания воды длина образца увеличилась на 0.08%. После нагрева и таяния льда остались необратимые изменения длины, которые частично объясняются возникновением в керамике трещин и повреждений. Конечно, срок службы черепицы вследствие этого в нашем климате сократится.
Электрострикция
Рис. 25.4. Зависимость деформации сегнетоэлектрика от электрического поля (x–E) : (a) идеализированная кривая (b) реальные зависимости поляризации и деформации для пленки Pb(Zr0.53Ti0.47)O3.