熱膨張係数（CTE）とは、温度が上昇したときに材料が膨張する割合のことです。 具体的には、この係数は圧力が一定で、相変化がない場合、つまり、材料が固体または流体の状態のままであると想定される場合に決定されます。 セラミックの中性能は非常に低く、ポリマーの中性能は高いです。 金属では、鉄とニッケルの合金であるインバーが、その低い熱膨張係数のために広い温度範囲にわたって安定していることで知られている。 この性質を利用して、校正機器の開発にも利用されている。 一方、水銀はその高い熱膨張率で知られ、水銀温度計に使用されるように、広い温度範囲にわたって反応するようになっています。
この記事では、以下のことを学びます。
- 熱膨張係数とは
- 熱膨張係数の測定方法
- 熱膨張係数を利用した用途と材料
- 今後の材料/用途
熱膨張係数とは何か
熱可塑性樹脂
熱膨張係数とは、温度変化に対して材料の大きさが変化する割合のことです。 大きさの検討は長さ、面積、体積の変化で行いますので、線膨張、面積膨張、体積膨張の係数があります。
圧力一定と仮定して、線膨張、面積膨張、体積膨張はより簡単に次のように書くことができます。 \Ίταμμα για για για για για για για για για για για για για για για για για \frac{dA}{dT}`
`alpha_{V}=alpha{1}{V}である。 \L`, A`, V`はそれぞれ Length, Area, Volume で、T`は温度である。
材料が加熱されると、その材料の分子はより多く攪拌され始め、分子間の平均距離が増加し、その結果寸法が膨張することになる。 この攪拌は材料によって異なり、また材料はその原子結合と分子構造によって温度上昇に異なる方法で反応します。 4098>
Measurement of coefficient of thermal expansion
The measurement of thermal expansion coefficient is occur through three main methods; dilatometry, interferometry, and thermomechanical analysis.All Rights Reserved.この材料特性を利用する方法はたくさんあり、破局的失敗を避けるために説明しなければならない方法もあります。
ディラトメトリ
ディラトメトリは非常に簡単な手法で、試験サンプルを炉に入れてある温度まで加熱し、プッシュロッド・センサーでサンプルの寸法変化を捕らえます。
干渉計
干渉計は、加熱または冷却時の寸法変化を単色光の波長密度の観点から測定する、光学イメージングおよび干渉システムです。 4098>
サーモメカニカル分析
サーモメカニカル分析では、プローブ発信器と変換器を通して、温度差による熱膨張を測定することができる装置を使用します。 4098>
このほかにも、あまり一般的ではない方法が考案され、特定の特殊な条件で使用されています。 4098>
Applications and materials
Applications that requires thermal expansion considerations are mostly metals, because over short temperature ranges, where other materials would not be destroyed, the thermal expansion is actually negligible.熱膨張係数を考慮しなければならない用途のほとんどは金属です。 しかし、より高い温度範囲では、金属だけが無傷でいられるのです。 熱膨張を真剣に考慮する必要がある用途はいろいろある。 低膨張合金のように）使用する材料の CTE が非常に低いことが望ましい場合もあれば、（アルミニウム合金のように）できるだけ高いことが求められる場合もあります。
低膨張合金は、時計/腕時計、内燃機関用ピストン、超伝導システム、および電子機器に応用されています。 一方、重要な部品や重要な部品が大量のアルミニウムを含む場合は、熱膨張を考慮する必要があります。 溶接用途では、溶接される2種類の金属の熱膨張係数が同じでなければ、溶接部に沿って残留応力が蓄積され、それが破損につながる恐れがあります。 建築（高層ビル、橋梁など）でも、地震動だけでなく熱膨張を考慮してコア構造との間に隙間を設けていますが、同じ考え方が適用されます。 一般的な材料の熱膨張率
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Material |
Linear Temperature Expansion Coefficient (10-6 m….m-¹ K-¹) |
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ダイヤモンド |
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ガラス、パイレックス |
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木, pine |
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Brick masonry |
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Kovar |
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Glass。 ハード |
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グラナイト |
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プラチナ |
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鋳鉄 |
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ニッケル |
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スチール |
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ゴールド |
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コンクリートと |
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Copper |
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Bronze |
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Brass |
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Aluminium |
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Ice |
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Mercury |
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Celluloid |
将来のアプリケーションと材料
誤差が少なくなり、ある温度範囲で完全に定義した熱拡散のニーズが増えています。 そのため、試験方法や新素材の開発など、さまざまな取り組みが行われています。 すでに、赤外線画像相関法 (IIC) やデジタル画像相関法などの新しい CTE 測定法が開発されています。
ケブラー ストランドなどの材料をロープのように撚り合わせて熱膨張を小さくする新しい方法が研究されています。 また、宇宙望遠鏡の建設に使用される炭化ケイ素のような材料は、-190℃という低い温度で細かく調整されています。 材料とその CTE の包括的なデータは、特定のニーズに対する材料選択プロセスを容易にするために決定され、文書化されます（
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