第三章热机械分析法3.1热膨胀法（Dilatometry，DIL）水平顶杆式热膨胀法激光干涉法3.1热膨胀法（Dilatometry，DIL）3.1.1热膨胀法的定义测量与研究材料的如下特性线膨胀与收缩玻璃化温度致密化和烧结过程热处理工艺优化软化点检测相转变过程添加剂和原材料影响反应动力学研究3.1.2热膨胀测定的意义提高材料的热稳定性降低材料的线膨胀系数，提高材料的热稳定性，提高材料的使用安全性提高材料的强度如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间膨胀值，从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。例：夹层玻璃3.1.3材料的热膨胀系数材料的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀热膨胀通常用热膨胀系数表示设试样为一立方体，边长为L。当温度从T1上升到T2时，体积也从V1上升到V2，体膨胀系数3.1.4线膨胀系数（αL）在实际工作中一般都是测定材料的线热膨胀系数。所以对于普通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数。线膨胀系数是指温度升高1℃后，物体的相对伸长。设试样在一个方向的长度为L。当温度从T1上升到T2时，长度也从L1上升到L2，则平均线膨胀系数.几种无机材料的热膨胀曲线3.1.4材料热膨胀系数的检测方法测定无机非金属材料热膨胀系数常用：千分表法、热机械法（光学法、电磁感应法）、体积法等它们的共同点都是试样在加热炉中受热膨胀，通过顶杆将膨胀传递到检测系统。不同之处在于检测系统。卧式膨胀仪技术参数可自由更换如下四种炉体：低温炉（-180...500℃）、中高温炉（RT...1100℃）、高温炉（RT...1600℃）、超高温炉（RT...2000）升降温速率：0...50K/min（取决于不同的炉体类型）样品支架：石英支架（<1100°C），氧化铝支架（<1700℃），石墨支架（2000℃）测量范围：500／5000μm样品长度：最大50mm样品直径：最大12mm（另有19mm可选）ΔL分辨率：0.125nm/1.25nm气氛：惰性、氧化、还原、静态、动态计算型DTA：可在热膨胀测试的同时得到DTA曲线，并可用于温度校正高真空密闭，最高真空度10-5mbar（10-3Pa）可联用，在炉子出口处使用可加热的适配器连接测定原理（石英/氧化铝膨胀仪）.3.1.5实验过程1.试样加工与安装2.热历史对玻璃线膨胀系数的影响玻璃的热历史对玻璃线膨胀系数的影响淬火：玻璃成形后快速冷却精密退火：玻璃成形后缓慢冷却2.加热速度对线膨胀系数的影响3.1.7实验数据处理绘制膨胀曲线、计算平均线膨胀系数、求特征点的温度标出特征点温度图中显示的是金属铁的线膨胀曲线和物理膨胀系数曲线。实验在氦气气氛下进行，使用5K/min的升温速率。在906℃（物理Alpha曲线的峰值温度）处出现收缩现象，这表明此时金属铁发生晶格转变（bcc→fcc），另一个晶格转变出现在1409℃（fcc→bcc）。这两个数值与文献值有所偏差是由于样品中存在少量杂质。3.2静态热机械分析法(TMA)TMA可以用来测量与研究材料的如下特性：线膨胀与收缩性能玻璃化温度穿刺性能薄膜、纤维的拉伸收缩热塑性材料的热性能分析相转变软化温度分子重结晶效应应力与应变的函数关系热固性材料的固化性能3.2.2热机械分析仪的种类3.2.2.2直筒式.3.2.2TMA的探头及应用3.2.3.1标准模式线性升温：力保持恒定，在线性升温程序下检测位移变化，从而得到材料的内在性质。恒应变(收缩力)：在恒定的应变下，检测线性温度程序下保持应变需要的力。可用于薄膜/纤维，评估收缩力。线性力变化：在恒温的条件下测量线性变化的力所产生的应变，从而得到力位移曲线和模量信息。3.2.3.2应力/应变模式在恒定的温度下，施加线性变化的应力或应变，测量对应的应变或应力,从而得到应力/应变曲线及相关的模量信息。另外所计算出的模量作为应力、应变、温度或时间的函数来显示3.2.3.3蠕变/应力松弛模式通过瞬态测试(蠕变或应力松弛)得到粘弹特性在蠕变实验中，应力保持常数，监测应变随时间的变化在应力松弛实验中，应变保持常数，监测应力衰减二者均为瞬态测试，用来评估材料的形变和回复性质。这些数据可表征为柔量(蠕变模式)和松弛模量(应力松弛模式)。5.2.3.4调制TMA模式(MTMA)在调制TMA中，样品经历线性温度变化和既定振幅与周期的正弦温度变化的共同作用，所得到的原始信号通过傅立叶转换得到总位移和热膨胀系数。二者都可以被解析成可逆和不可逆信号。可逆信号包含由于尺寸变化引起的效应(如Tg)；不