通过测热分析的热膨胀分析

测量是先用手用卡钳测量样品的初始长度，然后测量样品的长度，而它受到指定温度的指定时间，此测量将记录在膨胀计中的敏感仪表。在测量样品时，净化气体将流经熔炉;（气、氮等），这将提供一致的大气条件，以及防止样品与空气中的氧气氧化。接下来，样品以指定速率加热到指定温度，使用灵敏的测量仪记录尺寸变化。维度的变化可以是扩张或收缩。然后，通过将长度变化 （L） 除以样本的初始长度 （） 来计算热膨胀。此过程产生材料的平均线性热膨胀。每个样品的多个测量可产生更准确的结果。

热膨胀可以是瞬时的（长度与温度的斜率）或平均值（温度范围内长度的净变化）。如果只测量长度，则该值可以是线性的;如果评估了样本体积的变化，则该值可以是线性的。

测量可以通过多种方法进行。本实验中的测压仪采用垂直推杆方法。（图1）样品经历的热膨胀通过连接的杆传输到位移传感器。然而，由于棒子也暴露在炉中的高温下，它也会经历热膨胀。因此，必须纠正生成的测量值。

图1:标准垂直推杆膨胀计的示意图。

测量热膨胀的一种可比技术是米歇尔森激光干涉测量。该技术使用高精度激光和反射镜测量热膨胀。高质量的光学器件、光电探测器和插值技术允许长度分辨率达到大约一纳米。干涉测量的一个独特特征是对样品的大小或形状几乎没有限制。另一种类似的技术是X射线衍射与样品在加热阶段。由于 X 射线衍射可以轻松确定晶格参数，因此可以测量晶格参数如何随温度变化并提取热膨胀系数。

膨胀计的结果通常包括温度、膨胀长度和时间数据。与膨胀计一起使用的不同软件可以以不同的方式返回结果。有些软件只返回数据点，而其他软件具有绘图功能和其他分析功能。上述过程中使用的软件使用了 WorkHorseTM。此程序返回 .txt 文件中的数据，然后可以使用软件（如 - Matlab、Qtgrace 或 Excel）进行绘制。图 2显示了三种不同的金属随着温度升高和降低而膨胀和收缩。

图2:不锈钢、冷加工钢和铝的长度变化。样品经过加热，然后通过连续长度测量进行冷却，以观察是否存在任何迟滞。

热膨胀并不总是线性函数。这意味着热膨胀系数并不总是恒定的。如图2所示，在 700^oC 和 900^oC 之间的冷工作钢中发生了异常的热膨胀事件。在不锈钢和铝的情况下，热膨胀，以及收缩，遵循线性斜率。然而，对于冷工钢，膨胀和收缩伴随着非线性的变化。这可以归因于冷工作钢的错位。发生错位恢复的位置可能会经历不同的扩张/收缩，而不是发生正常扩张/收缩的位置。

测量是一种测量材料尺寸热膨胀的技术。通常，此值是通过测量材料加热和冷却时长度的变化而发现的。热膨胀通过长度变化除以初始长度来量化。除了热膨胀外，该技术还提供对空隙形成、相变和错位演变的洞察，以应对热处理。

虽然确定材料的热膨胀是测极计的一个非常有用的用途，但还有其他应用。例如，这些仪器还可用作监测某些合金相位变化的方法。确定错位密度是扩张学的另一个应用。

监控阶段更改:在相变研究中应用扩张学是由于相变期间样品特定体积的变化。当材料发生相变时，晶格结构会发生变化。通过记录在一系列条件下发生的转换，可以以图形形式呈现结果。这显示了在给定的冷却或加热条件下可获得的微结构成分的形成温度。该技术被广泛用于研究连续加热、冷却和等温保持过程中钢的转化行为。这在冶金应用中具有巨大的价值。在建筑用钢的工程行业中，它很重要。

错位密度:脱位占据体积，因此，随着脱位密度随着热处理的变化而变化，扩张学可用于观察和量化错位。高分辨率扩张学将该技术扩展到与恢复和再结晶过程相关的纹理变化、重新排列和消位消灭的研究。高分辨率扩张法，连同各向异性扩张和原子体积模型，可用于估计由于异构体分解的异构体分解而在微观结构中引入的错位密度。