热膨胀系数仪TG值测试方法

andytime

热膨胀系数（CTE, Coefficient of Thermal Expansion）是指材料在温度变化下体积或长度的变化率，它是材料物理学中的一个重要参数，尤其在航空航天、微电子封装、建筑材料等领域有着广泛的应用。TG值即热重分析（Thermogravimetric Analysis）中观察到材料失重起始温度点，在这里我们讨论的是与热膨胀系数相关的测试方法——热机械分析（TMA, Thermomechanical Analysis），特别是线性热膨胀系数测试。

基础概念

线性热膨胀系数（Linear CTE）指的是单位温度变化下材料长度的相对变化率，表示为α。其单位通常是μm/m·K 或 ppm/K。

测试原理

热机械分析（TMA）通过监测材料随温度升高或降低时长度的变化来确定CTE，这种方法分为两种基本类型：顶推式（Push-Rod）和悬臂梁式（Cantilever Beam）。

测试步骤

• 样品准备：选择合适的形状和尺寸，通常为圆柱形或长条形，确保端面平行和平整。
• 预处理：根据材料性质决定是否进行烘干或其他预处理，排除水分等因素的影响。
• 安装样品：将样品固定于测试装置中，确保其与测量探针完全接触。
• 设定条件：根据材料特性和测试目标，设置升温速率、测试温度范围等参数。
• 执行测试：开启TMA仪器，监测材料随温度变化的长度变化。
• 数据采集：记录不同温度下的长度值，绘制温度-长度曲线。
• 数据处理：通过数学模型拟合曲线，计算出CTE。
  

分析计算

线性热膨胀系数可以通过以下公式计算：
�=Δ��0Δ�α=L0​ΔTΔL​
其中，

• Δ�ΔL 是温度变化范围内材料长度的变化；
• �0L0​ 是初始长度；
• Δ�ΔT 是温度变化区间。
  

影响因素

• 材料内部的微观结构，如晶体排列、相变等；
• 实验条件，包括加热速率、气氛环境等；
• 测试样品的状态，如含水量、应力水平等。
  

注意事项

• 为了获得准确的结果，必须确保测试环境稳定，避免外部因素如振动、气流的干扰。
• 样品选择和预处理非常重要，应遵循相关标准指南。
• 正确选择测试温度范围，覆盖材料的主要使用温度区间。
  

热膨胀系数测试是一项复杂但至关重要的材料特性研究手段，对于新材料研发和已有材料优化具有重大意义。通过对CTE的深入理解，可以指导材料的设计和应用，确保在不同的温度条件下材料的安全性和可靠性。