热膨胀系数

coefficient of thermal expansion

定义：固体在温度每升高1K时长度或体积发生的相对变化量。分为线膨胀系数和体膨胀系数。

学科：材料科学技术_材料科学技术基础_材料科学基础_材料性能

相关名词：线膨胀系数 热膨胀法 热机械分析 过盈配合

【延伸阅读】

热膨胀系数是材料科学中衡量物体尺寸随温度变化能力的核心参数，其研究贯穿材料设计、性能评估、工程应用及前沿技术创新。热膨胀系数定义为材料单位温度变化引起的长度或体积变化，分为线膨胀系数（α）和体积膨胀系数（β）。

热膨胀系数主要测试方法有热膨胀法、激光干涉法、热机械分析（TMA）。热膨胀法是通过加热试样并监测其长度变化，计算线膨胀系数。激光干涉法是一种非接触式测量，适用于高温或易氧化材料。热机械分析是结合动态温度扫描，分析材料相变与热膨胀系数的关系。

在电子芯片封装中，芯片与PCB基板的热失配会导致焊点疲劳断裂，需要使用底部填充胶或低膨胀合金缓冲。在航天器热控中，卫星天线在-100℃至150℃工况下，需通过热膨胀系数匹配设计避免信号失真。在桥梁与轨道中，预留伸缩缝以补偿钢材热膨胀，防止夏季高温下的结构变形。在温度测量中，双金属片利用不同热膨胀系数材料的弯曲效应，制成热敏开关或温度计。在发动机缸体中铝合金缸体与铸铁缸套的膨胀差异可能导致缸套变形，需通过过盈配合补偿。在精密机床中丝杠材料在温升10℃时，1米行程的积累误差达117μm，需通过闭环温控或材料优化。

如今，通过结合有限元分析与分子动力学模拟，能预测复合材料在极端温度下的线膨胀系数响应；利用机器学习算法，能筛选低膨胀高熵合金，加速新材料开发；开发可逆膨胀材料，可减少资源浪费；利用余热驱动热膨胀效应发电，可推动绿色能源技术。

热膨胀系数作为机械系统在变温环境中稳定运行的“温度密码”，其精准调控已成为现代高端装备性能跃升的关键。从传统材料的改性优化到负膨胀材料的颠覆性创新，从被动补偿到智能自适应控制，热膨胀系数的研究不断推动着机械工程向高精度、高可靠性、高环境适应性的方向进化。

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