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注塑知識
2022/12/12 15:54:50
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CTE熱膨脹系數簡介
CTE（coefficient of thermal expansion），即熱膨脹系數。是物體由于溫度改變而有脹縮現象。CTE的變化能力以等壓(p一定)下，單位溫度變化所導致的長度量值的變化，即熱膨脹系數表示。各物體的熱膨脹系數不同，一般金屬的熱膨脹系數單位為1/度（攝氏）。
線脹系數是指固態物質當溫度改變攝氏度1度時，其某一方向上的長度的變化和它在20℃（即標準實驗室環境）時的長度的比值。大多數情況之下，此系數為正值。也就是說溫度變化與長度變化成正比，溫度升高體積擴大。但是也有例外，如水在0到4攝氏度之間，會出現負膨脹。而一些陶瓷材料在溫度升高情況下，幾乎不發生幾何特性變化，其熱膨脹系數接近0。
CTE熱膨脹系數分類
熱膨脹系數有線膨脹系數α、面膨脹系數β和體膨脹系數γ。簡單來說，膨脹系數是表征物體熱膨脹性質的物理量，即表征物體受熱時其長度、面積、體積增大程度的物理量。長度的增加稱“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
對于可近似看做一維的物體，長度就是衡量其體積的決定因素，這時的熱膨脹系數可簡化定義為：單位溫度改變下長度的增加量與的原長度的比值，這就是線膨脹系數。
線膨脹系數有時也稱為線彈性系數（linear expansivity），表示材料膨脹或收縮的程度。分為某一溫度點的線膨脹系數和某一溫度區間的線膨脹系數，后者稱為平均線膨脹系數。前者是單位長度的材料每升高一度的伸長量；平均線膨脹系數是單位長度的材料在某一溫度區間，每升高一度溫度的平均伸長量。
耐火材料線膨脹系數的常用測量方法有：頂桿式間接法、望遠鏡直讀法、激光法測量。
CTE熱膨脹系數相關因素
1、熱容
熱膨脹是固體材料受熱以后晶格振動加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動的激化就是熱運動能量的增大。升高單位溫度時能量的增量即為熱容。因此熱膨脹系數與熱容密切相關，并與熱容有著相似的規律。即在低溫時，膨脹系數也像熱容一樣按T3規律變化，0 K時，α、c趨于零；高溫時，因有顯著的熱缺陷等原因，使α仍有一個連續的增加。圖為Al2O3的熱膨脹系數和熱容隨溫度變化的關系曲線，從圖中可看出，在寬廣的溫度范圍內，這兩條曲線近似平行，變化趨勢相同。
2、結合能和熔點
固體材料的熱膨脹與點陣中質點的位能有關，而質點的位能是由質點間的結合力特性所決定的。質點間的作用力越強，質點所處的勢阱越深，升高同樣溫度，質點振幅增加得越少，相應地熱膨脹系數越小。當晶體結構類型相同時，結合能大的材料的熔點也高，也就是說熔點高的材料膨脹系數較小。
CTE熱膨脹系數影響因素
1、化學礦物
熱膨脹系數與材料的化學組成、結晶狀態、晶體結構、鍵的強度有關。組成相同，結構不同的物質，膨脹系數不相同。通常情況下，結構緊密的晶體，膨脹系數較大；而類似于無定形的玻璃，往往有較小的膨脹系數。鍵強度高的材料一般會有低的膨脹系數。
2、相變
材料發生相變時，其熱膨脹系數也要變化。純金屬同素異構轉變時，點陣結構重排伴隨著金屬比容突變，導致線膨脹系數發生不連續變化。
3、合金元素
簡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介于內組元膨脹系數之間。而多相合金膨脹系數取決于組成相之間的性質和數量，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算得到。
4、織構
單晶或多晶存在織構，導致晶體在各晶向上原子排列密度有差異，導致熱膨脹各項異性，平行晶體主軸方向熱膨脹系數大，垂直方向熱膨脹系數小。
5、內部
內部裂紋及缺陷也會對熱膨脹系數產生影響。
塑料材料線性膨脹系數大，其注塑后產品熱脹冷縮的幅度大。工程塑料的比熱容比金屬及無機材料大，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定性。
全球多元化化工企業沙特基礎工業公司(SABIC)推出了ULTEM™ 3310TD樹脂，新型ULTEM 3310TD樹脂的CTE熱膨脹系數僅為~38 ppm/C，比普遍用于多模光纖收發鏡頭的ULTEM™ 1010樹脂降低了30%，同時保持85%以上的近紅外傳輸率，非常適合用于單模光纖系統中的光學收發準直器鏡頭。
