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注塑知識(shí)
2022/12/12 15:54:50
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注塑知識(shí)
CTE熱膨脹系數(shù)簡(jiǎn)介
CTE（coefficient of thermal expansion），即熱膨脹系數(shù)。是物體由于溫度改變而有脹縮現(xiàn)象。CTE的變化能力以等壓(p一定)下，單位溫度變化所導(dǎo)致的長(zhǎng)度量值的變化，即熱膨脹系數(shù)表示。各物體的熱膨脹系數(shù)不同，一般金屬的熱膨脹系數(shù)單位為1/度（攝氏）。
線脹系數(shù)是指固態(tài)物質(zhì)當(dāng)溫度改變攝氏度1度時(shí)，其某一方向上的長(zhǎng)度的變化和它在20℃（即標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境）時(shí)的長(zhǎng)度的比值。大多數(shù)情況之下，此系數(shù)為正值。也就是說(shuō)溫度變化與長(zhǎng)度變化成正比，溫度升高體積擴(kuò)大。但是也有例外，如水在0到4攝氏度之間，會(huì)出現(xiàn)負(fù)膨脹。而一些陶瓷材料在溫度升高情況下，幾乎不發(fā)生幾何特性變化，其熱膨脹系數(shù)接近0。
CTE熱膨脹系數(shù)分類
熱膨脹系數(shù)有線膨脹系數(shù)α、面膨脹系數(shù)β和體膨脹系數(shù)γ。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，膨脹系數(shù)是表征物體熱膨脹性質(zhì)的物理量，即表征物體受熱時(shí)其長(zhǎng)度、面積、體積增大程度的物理量。長(zhǎng)度的增加稱“線膨脹”，面積的增加稱“面膨脹”，體積的增加稱“體膨脹”，總稱之為熱膨脹。
線膨脹系數(shù)
對(duì)于可近似看做一維的物體，長(zhǎng)度就是衡量其體積的決定因素，這時(shí)的熱膨脹系數(shù)可簡(jiǎn)化定義為：?jiǎn)挝粶囟雀淖兿麻L(zhǎng)度的增加量與的原長(zhǎng)度的比值，這就是線膨脹系數(shù)。
線膨脹系數(shù)有時(shí)也稱為線彈性系數(shù)（linear expansivity），表示材料膨脹或收縮的程度。分為某一溫度點(diǎn)的線膨脹系數(shù)和某一溫度區(qū)間的線膨脹系數(shù)，后者稱為平均線膨脹系數(shù)。前者是單位長(zhǎng)度的材料每升高一度的伸長(zhǎng)量；平均線膨脹系數(shù)是單位長(zhǎng)度的材料在某一溫度區(qū)間，每升高一度溫度的平均伸長(zhǎng)量。
耐火材料線膨脹系數(shù)的常用測(cè)量方法有：頂桿式間接法、望遠(yuǎn)鏡直讀法、激光法測(cè)量。
CTE熱膨脹系數(shù)相關(guān)因素
1、熱容
熱膨脹是固體材料受熱以后晶格振動(dòng)加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動(dòng)的激化就是熱運(yùn)動(dòng)能量的增大。升高單位溫度時(shí)能量的增量即為熱容。因此熱膨脹系數(shù)與熱容密切相關(guān)，并與熱容有著相似的規(guī)律。即在低溫時(shí)，膨脹系數(shù)也像熱容一樣按T3規(guī)律變化，0 K時(shí)，α、c趨于零；高溫時(shí)，因有顯著的熱缺陷等原因，使α仍有一個(gè)連續(xù)的增加。圖為Al2O3的熱膨脹系數(shù)和熱容隨溫度變化的關(guān)系曲線，從圖中可看出，在寬廣的溫度范圍內(nèi)，這兩條曲線近似平行，變化趨勢(shì)相同。
2、結(jié)合能和熔點(diǎn)
固體材料的熱膨脹與點(diǎn)陣中質(zhì)點(diǎn)的位能有關(guān)，而質(zhì)點(diǎn)的位能是由質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力特性所決定的。質(zhì)點(diǎn)間的作用力越強(qiáng)，質(zhì)點(diǎn)所處的勢(shì)阱越深，升高同樣溫度，質(zhì)點(diǎn)振幅增加得越少，相應(yīng)地?zé)崤蛎浵禂?shù)越小。當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)類型相同時(shí)，結(jié)合能大的材料的熔點(diǎn)也高，也就是說(shuō)熔點(diǎn)高的材料膨脹系數(shù)較小。
CTE熱膨脹系數(shù)影響因素
1、化學(xué)礦物
熱膨脹系數(shù)與材料的化學(xué)組成、結(jié)晶狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、鍵的強(qiáng)度有關(guān)。組成相同，結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，膨脹系數(shù)不相同。通常情況下，結(jié)構(gòu)緊密的晶體，膨脹系數(shù)較大；而類似于無(wú)定形的玻璃，往往有較小的膨脹系數(shù)。鍵強(qiáng)度高的材料一般會(huì)有低的膨脹系數(shù)。
2、相變
材料發(fā)生相變時(shí)，其熱膨脹系數(shù)也要變化。純金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)重排伴隨著金屬比容突變，導(dǎo)致線膨脹系數(shù)發(fā)生不連續(xù)變化。
3、合金元素
簡(jiǎn)單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體合金的膨脹系數(shù)介于內(nèi)組元膨脹系數(shù)之間。而多相合金膨脹系數(shù)取決于組成相之間的性質(zhì)和數(shù)量，可以近似按照各相所占的體積百分比，利用混合定則粗略計(jì)算得到。
4、織構(gòu)
單晶或多晶存在織構(gòu)，導(dǎo)致晶體在各晶向上原子排列密度有差異，導(dǎo)致熱膨脹各項(xiàng)異性，平行晶體主軸方向熱膨脹系數(shù)大，垂直方向熱膨脹系數(shù)小。
5、內(nèi)部
內(nèi)部裂紋及缺陷也會(huì)對(duì)熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生影響。
塑料材料線性膨脹系數(shù)大，其注塑后產(chǎn)品熱脹冷縮的幅度大。工程塑料的比熱容比金屬及無(wú)機(jī)材料大，一般為1-2kj/(kg·K），是鋼鐵材料的2-4倍。工程塑料的線膨脹系數(shù)比金屬和陶瓷大，是金屬材料的3-10倍，因此，工程塑料制品容易因溫度變化而影響尺寸的穩(wěn)定性。
全球多元化化工企業(yè)沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司(SABIC)推出了ULTEM™ 3310TD樹(shù)脂，新型ULTEM 3310TD樹(shù)脂的CTE熱膨脹系數(shù)僅為~38 ppm/C，比普遍用于多模光纖收發(fā)鏡頭的ULTEM™ 1010樹(shù)脂降低了30%，同時(shí)保持85%以上的近紅外傳輸率，非常適合用于單模光纖系統(tǒng)中的光學(xué)收發(fā)準(zhǔn)直器鏡頭。
