把一根金屬棒從室溫25℃放進1000℃的馬弗爐,它會“長高”約1%;把一片陶瓷涂層從20℃瞬間貼到800℃的葉片,它卻可能只“長”0.3%,卻照樣開裂。長度變化多少、何時開始“失控”,全藏在熱膨脹分析儀那條看似平緩的ΔL-T曲線里。學會區分“膨脹”與“相對膨脹”,是讀圖的第一步,也是避免材料“熱崩”的關鍵。 1.膨脹(ΔL)——實測的“絕對身高”
儀器推桿頂在樣品端部,升溫過程中每升高1℃記錄一次伸長量,直接給出ΔL(單位μm)。它像尺子量身高,告訴你“樣品現在比原來長多少”。優點直觀,缺點是被樣品原始長度L?“綁架”:一根10 mm的密封玻璃與100 mm的同種玻璃,ΔL值差10倍,容易讓人誤以為短樣品“更穩定”。所以工程上只把ΔL當過程量,用來做終點對比或定位突變溫度。
2.相對膨脹(ΔL/L?)——去掉“身高基數”的百分比
把ΔL除以室溫下的原始長度L?,得到無量綱的相對膨脹ε,常用10??形式表示(微應變,με),或直接給百分數。ε像“增高率”,不同長度、不同批次的樣品都能放在同一把尺子上比較。如某低膨脹鋰鋁硅玻璃ε(500℃)=0.02%,而普通鈉鈣玻璃ε(500℃)=0.35%,一眼可見前者更適合做高溫鏡坯。
曲線里的“暗語”:
斜率即瞬時線膨脹系數α=dε/dT,斜率突變點對應相變。
冷卻曲線若與升溫曲線不重合,形成“膨脹回線”,說明樣品發生伸長——可能是金屬蠕變,也可能是陶瓷微裂紋張開。
相對膨脹突然下掉,而ΔL繼續上升,往往是儀器支架自身膨脹被軟件扣除所致,此時要檢查基線校準是否空燒過。
讀圖技巧:
先鎖定ε軸,看整體“斜率”是否匹配材料標稱α;再切到ΔL軸,找突變臺階,定位相變或軟化點;最后把升降溫曲線疊在一起,面積差就是不可逆變形量。牢記ε負責“橫向”比較不同材料,ΔL負責“縱向”定位故障溫度,兩者互補,才能把一條曲線讀成一份“熱體檢報告”。