把一根金属棒从室温25℃放进1000℃的马弗炉,它会“长高”约1%;把一片陶瓷涂层从20℃瞬间贴到800℃的叶片,它却可能只“长”0.3%,却照样开裂。长度变化多少、何时开始“失控”,全藏在热膨胀分析仪那条看似平缓的ΔL-T曲线里。学会区分“膨胀”与“相对膨胀”,是读图的第一步,也是避免材料“热崩”的关键。 1.膨胀(ΔL)——实测的“绝对身高”
仪器推杆顶在样品端部,升温过程中每升高1℃记录一次伸长量,直接给出ΔL(单位μm)。它像尺子量身高,告诉你“样品现在比原来长多少”。优点直观,缺点是被样品原始长度L₀“绑架”:一根10 mm的密封玻璃与100 mm的同种玻璃,ΔL值差10倍,容易让人误以为短样品“更稳定”。所以工程上只把ΔL当过程量,用来做终点对比或定位突变温度。
2.相对膨胀(ΔL/L₀)——去掉“身高基数”的百分比
把ΔL除以室温下的原始长度L₀,得到无量纲的相对膨胀ε,常用10⁻⁶形式表示(微应变,με),或直接给百分数。ε像“增高率”,不同长度、不同批次的样品都能放在同一把尺子上比较。如某低膨胀锂铝硅玻璃ε(500℃)=0.02%,而普通钠钙玻璃ε(500℃)=0.35%,一眼可见前者更适合做高温镜坯。
曲线里的“暗语”:
斜率即瞬时线膨胀系数α=dε/dT,斜率突变点对应相变。
冷却曲线若与升温曲线不重合,形成“膨胀回线”,说明样品发生伸长——可能是金属蠕变,也可能是陶瓷微裂纹张开。
相对膨胀突然下掉,而ΔL继续上升,往往是仪器支架自身膨胀被软件扣除所致,此时要检查基线校准是否空烧过。
读图技巧:
先锁定ε轴,看整体“斜率”是否匹配材料标称α;再切到ΔL轴,找突变台阶,定位相变或软化点;最后把升降温曲线叠在一起,面积差就是不可逆变形量。牢记ε负责“横向”比较不同材料,ΔL负责“纵向”定位故障温度,两者互补,才能把一条曲线读成一份“热体检报告”。