熱膨脹系數(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：HBK測試與測量 創(chuàng)建時(shí)間：2021-10-28
熱膨脹系數(shù)的視頻教程
ABAQUS-金屬熱膨脹模擬（熱結(jié)構(gòu)耦合）
本實(shí)例基于ABAQUS/Standard模擬了金屬棒的純熱膨脹過程，建立1/8模型，采用coupled temp-displacement瞬態(tài)分析步，模擬時(shí)長7200s，棒初始溫度23，外表面通過對(duì)流換熱得到熱量，溫度持續(xù)升高，同時(shí)金屬棒徑向和軸向都發(fā)生膨脹。
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ABAQUS細(xì)觀混凝土高溫后軸壓性能試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)——三維骨料細(xì)觀混凝土立方體試塊高溫作用后靜力分析
高溫作用后混凝土的強(qiáng)度、彈性模量減低原因主要有兩方面：一是內(nèi)部材料熱膨脹系數(shù)差異性使得混凝土升溫后發(fā)生不均勻變形導(dǎo)致受拉損傷，二是高溫作用后混凝土分子間作用力降低。由于力加載發(fā)生在試件高溫冷卻后，因此直接將材料性能與當(dāng)前溫度耦合會(huì)導(dǎo)致加載時(shí)材料分子間作用力不受溫度影響。
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Abaqus在石油開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用——注汽熱采套管力學(xué)分析
由于完井時(shí)套管與地層之間采用水泥石填充封隔，確保不同地層之間的壓力密封，但注蒸汽過程中，一方面套管柱受內(nèi)壓影響產(chǎn)生徑向膨脹和軸向伸縮，另一方面受注汽溫度影響，又產(chǎn)生熱膨脹，因?yàn)樗嗍吞坠芫哂胁煌膹椥阅Ａ亢?em>熱膨脹系數(shù)等，受力過程產(chǎn)生的變形不一致，極易使水泥與套管的膠結(jié)面產(chǎn)生破壞，同時(shí)套管上、下兩端相對(duì)固定，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中造成損壞，本課程主要利用abaqus進(jìn)行井筒熱力耦合分析，得到套管在高溫高壓環(huán)境下的應(yīng)力變化趨勢
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熱膨脹系數(shù)的實(shí)例教程
一、柔性器件中，為何要求PIF具有低熱膨脹系（CTE）？
低熱膨脹系數(shù)：在柔性器件中，聚酰亞胺要與銅、硅片等材料結(jié)合在一起，如果兩種材料的熱膨脹系數(shù)各不相同，在受到冷熱作用后，就會(huì)發(fā)生翹曲、開裂。銅的熱膨脹系數(shù)是18ppm/℃，硅片在10ppm/℃以下，而普通聚酰亞胺薄膜的熱膨脹系數(shù)為40～60ppm/℃，因此降低熱膨脹系數(shù)是聚酰亞胺薄膜需要解決的問題之一。
當(dāng)前降低PIF熱膨脹系數(shù)的方法有哪些呢？
方法一：PIF制備過程采用牽伸工藝，使分子鏈沿牽伸方向取向，從而降低薄膜的熱膨脹系數(shù)。
方法二：分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在聚酰亞胺分子結(jié)構(gòu)中引入剛性棒狀結(jié)構(gòu)、氫鍵結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)等，可以減少分子空間阻礙，使分子鏈堆積更加緊密，自由體積更小。
方法三：填料改性，在聚酰亞胺薄膜中添加CTE值低的填料可以降低體系的熱膨脹系數(shù)，填料種類包括SiO2、蒙脫土、石墨烯、陶瓷材料等。
二、柔性顯示中，為何要求PIF具有高透光性？
高透光性：隨著OLED顯示技術(shù)的快速發(fā)展，聚合物膜已取代硬質(zhì)玻璃逐漸成為OLED器件中的基板。目前，OLED的出光方式主要有三種，包括頂發(fā)射、底發(fā)射和雙面發(fā)射，其中對(duì)于底發(fā)射型(bottom?emitting)的OLED器件，其基板必須為無色透明聚合物膜保證光線從陽極的TFT陣列基板側(cè)出射，因此，確保基板的良好光學(xué)透明性至關(guān)重要。
提高PIF光學(xué)透明性常用的方法有哪些？
方法一：引入脂環(huán)結(jié)構(gòu)；
方法二：引入大位阻效應(yīng)側(cè)基；
方法三：引入柔性連接基團(tuán)。
展開 熱膨脹系數(shù)的測定
今天我們將介紹如何使用”不匹配”
箔式應(yīng)變片
來確定
鋁的熱膨脹系數(shù)
。
當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，每個(gè)四分之一橋應(yīng)變片記錄一個(gè)測量信號(hào)，即“表觀應(yīng)變”。應(yīng)變片測量點(diǎn)暴露在溫差Δ?下的表觀應(yīng)變可描述為：
符號(hào)解釋：
εs
應(yīng)變片的表觀應(yīng)變
αr
電阻溫度系數(shù)
αb
被測物的熱膨脹系數(shù)
αm
測量柵絲材料的熱膨脹系數(shù)
k
應(yīng)變片K系數(shù)
Δ?
觸發(fā)表觀應(yīng)變的溫差
在HBM所有應(yīng)變片包裝上，都有一個(gè)表觀應(yīng)變與溫度之間的函數(shù)。當(dāng)然，只有當(dāng)被測材料的線性膨脹熱系數(shù)與應(yīng)變片組上的數(shù)據(jù)相匹配時(shí)，這些數(shù)據(jù)才會(huì)給出有意義的結(jié)果。以下內(nèi)容適用于：
公式 2
測定線膨脹熱系數(shù) α
如果要測定熱膨脹系數(shù)αm，表觀應(yīng)變可很好地用于此目的。
展開 在這一背景下，熱機(jī)械分析（TMA）技術(shù)能對(duì)材料線性膨脹系數(shù)（CTE）進(jìn)行精準(zhǔn)測試，成為保障具身智能產(chǎn)品可靠性與穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)支撐。
具身智能系統(tǒng)通過物理身體與環(huán)境交互，其核心硬件（如關(guān)節(jié)、傳感器、傳動(dòng)部件）需在復(fù)雜工況下保持穩(wěn)定。以人形機(jī)器人為例，其關(guān)節(jié)材料需同時(shí)滿足高強(qiáng)度、耐磨損、耐高溫等特性，而溫度變化導(dǎo)致的材料形變可能直接影響動(dòng)作精度甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)失效。
機(jī)器人用PEEK材料
PEEK材料憑借其出色的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和化學(xué)相容性，成為具身智能機(jī)器人制造的理想材料。然而，純PEEK也有自己的問題……
圖1 不同加工條件制得的PEEK的TMA曲線
從上圖可以看出，不論是何種加工條件的PEEK，在高溫下的尺寸穩(wěn)定性都難以保持。
利用PI改性
分子設(shè)計(jì)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)易于熔融加工的熱塑性聚酰亞胺（TPI），以進(jìn)一步對(duì) PEEK 進(jìn)行改性，提升其性能。
分別合成了理論分子量為1.5w，3.0w和4.5w的熱塑型聚酰亞胺模塑粉（TPI），作為PEEK的改性原料。
表1 改性后線性膨脹系數(shù)
采用TMA（熱機(jī)械曲線）測試樣品的線性膨脹系數(shù)（CTE）。
從表中可以看出，對(duì)于結(jié)晶性樣品，在樣品的低溫段，CTE沒有太大差別。而在高溫段，隨著TPI成分增加，樣品的CTE明顯減小。
對(duì)于無定形樣品，在玻璃化轉(zhuǎn)變之前，由于聚合物內(nèi)部不存在可作為物理交聯(lián)點(diǎn)的晶區(qū)，所以其變形更加明顯，有更大的線膨脹系數(shù)。在高溫段，CTE隨TPI的增加而減小。
說明改性樹脂 TPI 的引入提升了材料的高溫尺寸穩(wěn)定性。
展開 TOC 基于反常熱膨脹聚合物網(wǎng)絡(luò)的柔性感知及交互系統(tǒng)
隨著生物傳感與人工智能及信息技術(shù)的集成，熱響應(yīng)柔性感知材料與器件在面向國家戰(zhàn)略需求的航空航天和軍事工業(yè)，特別是近年來興起的電子皮膚、人工肌肉、可穿戴醫(yī)療、軟體機(jī)器人、混合現(xiàn)實(shí)等眾多民用消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。其中，通過聚合物材料反常熱膨脹行為調(diào)控的柔性感知器件研究領(lǐng)域取得巨大進(jìn)展，但仍缺少全面的理解及系統(tǒng)的總結(jié)。基于此，該綜述以差異化感知為突破口，提煉出基于熱膨脹聚合物調(diào)控策略的正、負(fù)、各向異性、可調(diào)控和零熱膨脹等系列化、邏輯性、特征感知單元；歸納相應(yīng)聚合物材料的設(shè)計(jì)思路及調(diào)控機(jī)制；系統(tǒng)總結(jié)感知單元在2D響應(yīng)傳感器、3D到4D響應(yīng)致動(dòng)器，柔性不敏感器件等交互系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展。此工作從單一感知單元到整體感知系統(tǒng)，從微觀材料調(diào)控到宏觀器件響應(yīng)，將對(duì)提高此類材料的基本理解和實(shí)際應(yīng)用具有積極指導(dǎo)意義。
圖1 用于柔性感知器件的反常熱膨脹聚合物、感知單元及膨脹機(jī)理
高分子材料由于其各尺度結(jié)構(gòu)的變化，包括微觀分子動(dòng)能、分子間相互作用、構(gòu)型與構(gòu)象轉(zhuǎn)變、相轉(zhuǎn)變，到宏觀如折紙、剪紙結(jié)構(gòu)的變化等，使其具備差異性熱膨脹行為（從正到負(fù)的熱膨脹系數(shù)，圖1)。因此，研究不同結(jié)構(gòu)尺度的調(diào)控策略(圖2)對(duì)理解作用機(jī)理、開發(fā)新材料和進(jìn)一步探索應(yīng)用具有重要意義。
圖2 不同尺度的熱膨脹系數(shù)調(diào)控目標(biāo)及調(diào)控策略
對(duì)于構(gòu)筑聚合物超正熱膨脹（如超分子聚合物，~ 980 ppm K-1）、負(fù)熱膨脹（如具有DBCOD單元的非晶態(tài)聚合物，~ -2,350 ppm K-1），眾多策略已被提出且直接關(guān)聯(lián)柔性感知（傳感與致動(dòng)）。
展開 1.項(xiàng)目背景
蒸汽發(fā)生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉(zhuǎn)換的試驗(yàn)裝置，求結(jié)構(gòu)完整性有著至關(guān)重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的主要原因之一，因而計(jì)算器熱膨脹量至關(guān)重要。
2.項(xiàng)目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發(fā)生器排污換熱器梁單元三維模型，對(duì)其在設(shè)計(jì)溫度下的熱膨脹量進(jìn)行計(jì)算，為后續(xù)驗(yàn)證換熱器裝置的結(jié)構(gòu)完整性提供依據(jù)。
3.理論計(jì)算
熱膨脹量理論計(jì)算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數(shù)，△T為溫差，L為管道計(jì)算長度
在本實(shí)例中，溫差△T：管側(cè)為310℃；殼側(cè)為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側(cè)為1500mm；殼側(cè)為800mm
計(jì)算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計(jì)算輸入
熱膨脹分析時(shí)，僅需要加溫度載荷，同時(shí)將框架底部固定約束即可。
展開 
熱膨脹系數(shù)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
熱膨脹系數(shù)的最新內(nèi)容
A選項(xiàng)所說的不同材料的熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的熱應(yīng)力，是溫度升高導(dǎo)致元器件壽命下降的最重要的因素之一。
3、熱膨脹差異加劇
PC基材的熱膨脹系數(shù)（75-80×10??/K）是鋁層的3倍多，這種巨大的差異在常溫下影響不大，但在高溫環(huán)境中會(huì)被無限放大：PC基材受熱后大幅膨脹，而鋁層的膨脹量極小，相當(dāng)于鋁層被PC“強(qiáng)行拉伸”，最終會(huì)產(chǎn)生肉眼難以察覺的微小應(yīng)力裂紋。
，引發(fā)徑向擠壓應(yīng)力；低溫下后鏡框軸向熱膨脹系數(shù)不足，導(dǎo)致像面偏移。
熱膨脹系數(shù)實(shí)測曲線
02
應(yīng)力松弛/蠕變測試
模擬材料在恒定應(yīng)變（松弛）或恒定應(yīng)力（蠕變）下的長期力學(xué)行為，直接表征其應(yīng)力馳豫或尺寸偏離特性，對(duì)密封件的長期保持力、緊固件的預(yù)緊力衰減預(yù)測至關(guān)重要。
測試內(nèi)容：在恒定應(yīng)變條件下，長時(shí)間監(jiān)測材料內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間的衰減規(guī)律，測試時(shí)長可根據(jù)需求進(jìn)行長期觀測；或者在恒定應(yīng)力條件下，長時(shí)間監(jiān)測材料的變形隨載荷作用時(shí)間的變化規(guī)律。
基于Darveaux模型的BGA焊球溫循壽命預(yù)測1個(gè)月前
因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中，芯片會(huì)經(jīng)歷極端的環(huán)境溫度變化：汽車電子從-40℃的寒冬到125℃的發(fā)動(dòng)機(jī)艙，消費(fèi)電子從空調(diào)房到烈日下的戶外，5G基站一年四季都要經(jīng)受晝夜溫差……這些溫度循環(huán)會(huì)讓芯片與PCB板因熱膨脹系數(shù)（CTE）嚴(yán)重失配而產(chǎn)生反復(fù)的剪切應(yīng)力，最終導(dǎo)致BGA焊球發(fā)生疲勞斷裂。這正是BGA封裝最常見的失效模式之一。
由于熱膨脹系數(shù)的差異可能導(dǎo)致對(duì)準(zhǔn)、應(yīng)力和機(jī)械疲勞問題，因此，選擇具有相似熱膨脹系數(shù)（CTE）的材料至關(guān)重要。鋁和不銹鋼是結(jié)構(gòu)組件的常用材料。玻璃或碳填充聚合物可以提供類似的屬性，并且重量較輕，而復(fù)合材料則可以提供極高的剛度和較低的CTE。即使使用現(xiàn)成的組件，設(shè)計(jì)工程師也必須了解其子裝配體中使用的材料。
確定基礎(chǔ)材料后，工程師需要指定要應(yīng)用的后處理。
別人拼顏值，我拼噸位——鑄鐵測試平臺(tái)的硬核浪漫1個(gè)月前
良好的熱穩(wěn)定性
鑄鐵材料的熱膨脹系數(shù)較低，對(duì)車間環(huán)境溫度的變化不敏感。在溫差波動(dòng)環(huán)境下，鑄鐵平臺(tái)的形變量相當(dāng)小，能夠長期保持幾何尺寸的穩(wěn)定性，這對(duì)于要求高精度測量的場合至關(guān)重要。
二、嚴(yán)苛的制造工藝：精度保持的奧秘
一塊高品質(zhì)的鑄鐵測試平臺(tái)，背后是一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹圃旃に嚕@也是其能夠長期保持精度的關(guān)鍵。
1.
從0到1搭建通信設(shè)備光模塊可靠性測試體系1個(gè)月前
這種測試主要驗(yàn)證材料熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的界面剝離、裂紋等失效模式。對(duì)于電信級(jí)光模塊，溫度范圍可能更寬，以適應(yīng)惡劣的室外環(huán)境。
?高溫高濕測試：評(píng)估濕氣侵入對(duì)光模塊的影響，通常采用85°C/85%相對(duì)濕度的條件，持續(xù)測試1000小時(shí)以上。
高濕環(huán)境會(huì)導(dǎo)致金屬部件腐蝕、材料降解等問題，特別是對(duì)光接口的污染敏感。該測試對(duì)評(píng)估光模塊在潮濕地區(qū)的適用性尤為重要。
熱穩(wěn)定性：鑄鐵的熱膨脹系數(shù)相對(duì)較低，對(duì)車間環(huán)境溫度變化不敏感，不易因溫差產(chǎn)生明顯形變。
二、承載與耐用性
剛性：鑄鐵具有較高的彈性模量，抗壓強(qiáng)度可達(dá)200–300MPa。結(jié)合箱型筋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可滿足大型定制平臺(tái)數(shù)十噸級(jí)的承載需求。
耐磨性：工作面硬度通常為HB170–240，經(jīng)人工刮研處理后，表面形成微觀油囊結(jié)構(gòu)，有助于儲(chǔ)存潤滑油，減少磨損，延長使用壽命。
新型高壓比例閥技術(shù)有哪些最新進(jìn)展？2個(gè)月前
新材料的應(yīng)用突破了高壓極限，隨著系統(tǒng)工作壓力不斷攀升至700bar甚至更高，傳統(tǒng)金屬材料的疲勞極限面臨難題，最新進(jìn)展中，特種陶瓷涂層與高強(qiáng)度復(fù)合合金被廣泛應(yīng)用于閥芯與閥座，這些材料不僅具有卓越的耐磨損和耐腐蝕性能，還能在極端溫度變化下保持微小的熱膨脹系數(shù)，確保在超高壓環(huán)境下密封的零泄漏，諾冠憑借在材料科學(xué)上的深厚積累，成功開發(fā)出能在液氫、超臨界二氧化碳等苛刻介質(zhì)中長期穩(wěn)定運(yùn)行的比例閥，為新能源行業(yè)提供了關(guān)鍵支撐
