材料的热膨胀系数

热膨胀系数
物体由于温度改变而有胀缩现象。

其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。

线胀系数是指固态物质当温度改变摄氏度1度时，其某一方向上的长度的变化和它在20℃（即标准实验室环境）时的长度的比值。

各物体的线胀系数不同，一般金属的线胀系数单位为1/摄氏度。

大多数情况之下，此系数为正值。

也就是说温度变化与长度变化成正比，温度升高体积扩大。

但是也有例外，如水在0到4摄氏度之间，会出现负膨胀。

而一些陶瓷材料在温度升高情况下，几乎不发生几何特性变化，其热膨胀系数接近0。

中文名：热膨胀系数
英文名：coefficient of thermal expansion , CTE
线膨胀系数：α=ΔL/(L*ΔT)
面膨胀系数：β=ΔS/(S*ΔT)
体膨胀系数：γ=ΔV/(V*ΔT)
1. 概述
expansion thermal coefficient
热膨胀系数有线膨胀系数α、面膨胀系数β和体膨胀系数γ。

式中ΔL为所给长度变化ΔT下物体温度的改变，L为初始长度；
ΔS为所给面积变化ΔT下物体温度的改变，S为初始面积；
ΔV为所给体积变化ΔT下物体温度的改变，V为初始体积；
严格说来，上式只是温度变化范围不大时的微分定义式的差分近似；准确定义要求ΔV与ΔT无限微小，这也意味着，热膨胀系数在较大的温度区间内通常不是常量。

线热膨胀系数αL
δ = 热膨胀系数* 全长* 温度变化
= 10.8 * 10-6 * 100mm * 100℃
= 0.108 (mm)
3. 热膨胀系数的精密测试与测量能力溯源
为了保证材料热膨胀系数国与国之间的量值统一和互认，国际计量局长度委员会（CCL）2004年启动过材料热膨胀系数的国际比对，有十几个国家参加了这个项目的国际比对。

为应对国际比对，更为了统一与实现国内材料的热膨胀系数测量能力及热膨胀仪测量精度，经国家局批准在国家计量院(中国计量科学研究院)建立“材料热膨胀系数国家最高标准装置”，以满足量值统一及测试需求。

该标准基于最小误差链原则，把相关量值直接溯源到国家基准单位，在-180度到2400度范围内提供最高达10E-8量级测量不确定度。

4. 金属膨胀系数
测定温度条件及单位：20℃，(单位10-6/K或10-6/℃）
备注：简单讲就是材料在变化1摄氏度时长度的相对变化量。

膨胀系数实际就是：1MM长的材料在变化1摄氏度时长度变化了多少NM(纳米)。

一般钢材的热膨胀系数为（10-20）×10-6 /℃，系数越大在受热后变形则越大，反之则越小。

比如：钢轨的线膨胀系数是：11.8 nm/(mm×℃)，实际上就是指1mm(毫米)长的钢轨在温度变化1摄氏度时长度会变化11.8nm (纳米)。

金属名称元素符号线性热膨胀系数金属名称元素符号线性热膨胀系数铍Be 12.3 铝Al 23.2
锑Sb 10.5 铅Pb 29.3
铜Cu 17.5 镉Cd 41.0
常用金属材料的热膨胀系数
材料Material
10-6 in./in.*/°F 10-5 in./in.*/°C High Low High Low
锌及其合金Zinc & its Alloysc 19.3 10.8 3.5 1.9 铅及其合金Lead & its Alloysc 16.3 14.4 2.9 2.6 镁合金Magnesium Alloysb 16 14 2.8 2.5 铝及其合金Aluminum & its Alloysc 13.7 11.7 2.5 2.1 锡及其合金Tin & its Alloysc 13 - 2.3 - 锡铝黄铜Tin & Aluminum Brassesc 11.8 10.3 2.1 1.8 黄铜或铅黄铜Plain & Leaded Brassesc 11.6 10 2.1 1.8 银Silverc 10.9 - 2 - 铬镍耐热钢Cr-Ni-Fe Superalloysd 10.5 9.2 1.9 1.7 Heat Resistant Alloys (cast)d 10.5 6.4 1.9 1.1 Nodular or Ductile Irons (cast)c 10.4 6.6 1.9 1.2 不锈钢Stainless Steels (cast)d 10.4 6.4 1.9 1.1 锡青铜Tin Bronzes (cast)c 10.3 10 1.8 1.8 奥氏体不锈钢Austenitic Stainless Steelsc 10.2 9 1.8 1.6 磷硅青铜Phosphor Silicon Bronzesc 10.2 9.6 1.8 1.7 铜Coppersc 9.8 - 1.8 - Nickel-Base Superalloysd 9.8 7.7 1.8 1.4 铝青铜Aluminum Bronzes (cast)c 9.5 9 1.7 1.6 Cobalt-Base Superalloysd 9.4 6.8 1.7 1.2 铍（青）铜Beryllium Copperc 9.3 - 1.7 - Cupro-Nickels & Nickel Silversc 9.5 9 1.7 1.6 镍及其合金Nickel & its Alloysd 9.2 6.8 1.7 1.2 铬镍钴耐热钢Cr-Ni-Co-Fe Superalloysd 9.1 8 1.6 1.4 合金钢Alloy Steelsd 8.6 6.3 1.5 1.1 Carbon Free-Cutting Steelsd 8.4 8.1 1.5 1.5 铸造合金钢Alloys Steels (cast)d 8.3 8 1.5 1.4 Age Hardenable Stainless Steelsd 8.2 5.5 1.5 1 金Goldc 7.9 - 1.4 - High Temperature Steelsd 7.9 6.3 1.4 1.1 Ultra High Strength Steelsd 7.6 5.7 1.4 1
Malleable Ironsc 7.5 5.9 1.3 1.1 Titanium Carbide Cermetd 7.5 4.3 1.3 0.8 Wrought Ironsc 7.4 - 1.3 - 钛及其合金Titanium & its Alloysd 7.1 4.9 1.3 0.9 钴Cobaltd 6.8 - 1.2 - 马氏体不锈钢Martensitic Stainless Steelsc 6.5 5.5 1.2 1 渗氮钢Nitriding Steelsd 6.5 - 1.2 - 钯Palladiumc 6.5 - 1.2 - 铍Berylliumb 6.4 - 1.1 - Chromium Carbide Cermetc 6.3 5.8 1.1 1 钍Thoriumb 6.2 - 1.1 - 铁素体不锈钢Ferritic Stainless Steelsc 6 5.8 1.1 1 Gray Irons (cast)c 6 - 1.1 - Beryllium Carbided 5.8 - 1 - Low Expansion Nickel Alloysc 5.5 1.5 1 0.3 Beryllia & Thoriae 5.3 - 0.9 - Alumina Cermetsd 5.2 4.7 0.9 0.8 Molybdenum Disilicidec 5.1 - 0.9 - Rutheniumb 5.1 - 0.9 - Platinumc 4.9 - 0.9 - Vanadiumb 4.8 - 0.9 - Rhodiumb 4.6 - 0.8 - Tantalum Carbided 4.6 - 0.8 - Boron Nitrided 4.3 - 0.8 - 铌及其合金Columbium & its Alloys 4.1 3.8 0.7 0.68 Titanium Carbided 4.1 - 0.7 - Steatitec 4 3.3 0.7 0.6 Tungsten Carbide Cermetc 3.9 2.5 0.7 0.4 铱Iridiumb 3.8 - 0.7 - Alumina Ceramicsc 3.7 3.1 0.7 0.6 Zirconium Carbided 3.7 - 0.7 - Osmium and Tantalumb 3.6 - 0.6 - 锆及其合金Zirconium & its Alloysb 3.6 3.1 0.6 0.55 Hafniumb 3.4 - 0.6 - Zirconiae 3.1 - 0.6 - 钼及其合金Molybdenum & its Alloys 3.1 2.7 0.6 0.5 Silicon Carbidee 2.4 2.2 0.4 0.39 钨Tungstenb 2.2 - 0.4 - Electrical Ceramicsc 2 - 0.4 - Zirconc 1.8 1.3 0.3 0.2 Boron Carbidee 1.7 - 0.3 - Carbon and Graphitec 1.5 1.3 0.3 0.2
5. 常见液体的体膨胀系数
测定温度条件及单位：20℃，(单位10-6 /K或10-6 /℃）
备注：简单讲就是液体在变化1摄氏度时体积的相对变化量。

不同温度下金属材料的线膨胀系数一览表
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非金属材料的线膨胀系数
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