石墨密封材料的熱學性質(4-3)

　　③熱膨脹系數：固體材料的長度或體積隨溫度升高而增大的現象稱為熱膨脹。實驗證明，若物體在溫度為0℃時，長度等于L₀，當溫度升高到t℃時，物體的伸長量ΔL與原來的長度L0及升高的溫度t成正比，也即：

　　ΔL=αL₀t

　　式中α——固體的熱膨脹系數。

　　與許多金屬材料相比，石墨材料的熱膨脹系數是比較小的。例如，銅在0～100℃之間熱膨脹系數為17×10^-61/℃，鋁在0～100℃之間熱膨脹系數為23.6×10^-61/℃。一般擠壓成型的石墨制品在20～200℃之間，沿擠壓方向測得平均熱膨脹系數為1～2×10^-61/℃，垂直于擠壓方向為2～3×10^-61/℃，當溫度擴大到20～1200℃時，石墨制品的熱膨脹系數有所增加，沿擠壓方向提高到2～3×10^-61/℃，垂直于擠壓方向達3～4×10^-61/℃。幾種不同石墨在室溫下測得的熱膨脹系數如表3所示。室溫下測定的石墨制品的熱膨脹系數與任意溫度下的熱膨脹系數有一定關系。實驗以20～100℃溫度區間作為熱膨脹系數基準，只要加上一個附加數即可算出不同溫度時的熱膨脹系數，并且對任何測量方向都適用。這個隨溫度上升的熱膨脹系數附加數如下：

　　石墨材料熱膨脹系數的測定方法很多，最常用的在石英示差膨脹儀法和比長儀直測法。石英示差膨脹儀法所用的石英示差膨脹儀主要由膨脹計、加熱爐及測溫系統三部分組成。經過精確加工的石墨試樣固定在石英試樣托及石英支承管之間，試樣中心緊貼石英拉桿，石英拉桿頂部通過浮動托與千分表相接觸，石英示差膨脹儀放入高溫爐內，在指定的溫度范圍內加熱，石墨試樣的膨脹量可由千分表讀出。

表　石墨制品在室溫時的熱膨脹系數

　　比長儀直測法由高溫加熱爐及比長儀兩部分組成。比長儀為精確測量長度的光學儀器。在比長儀的載物臺上固定一個經過改裝過的雙目實體顯微鏡，仔細觀察試樣上兩個事先刻好的明確標記，試樣直接加熱，用光學高溫計通過石英測溫窗測量測樣溫度，當試樣溫度穩定時，再用比長儀測量膨脹量，為防止試樣在高溫時氧化，爐內應通以惰性氣體，一般用氮氣，在整個測定過程中氮氣不能中斷。

　　石墨制品的熱膨脹系數與原料性質、工藝條件等因素有關。表4所示的是使用不同石油焦制成的石墨材料的不同熱膨脹系數。

表4　不同石油焦制成的石墨制品的熱膨脹系數

　　石墨原料的煅燒溫度與石墨制品的熱膨脹系數也有一定的關系。隨著煅燒溫度的升高，一直到1300℃，石墨制品的熱膨脹系數逐漸下降到最低點，但進一步提高煅燒溫度，其熱膨脹系數又有所回升。

　　石墨的熱膨脹系數還與石墨的假密度有一定的關系，假密度越小（即孔隙度越大），熱膨脹系數就越小。表5所示的數據表明了石墨經多孔浸漬后測定的假密度與熱膨脹系數的關系。

表5　多次浸漬石墨的假密度與熱膨脹系數

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