路径: 主页 > GB/T > 第168页 > GB/T 16920-2015 | 标准编号 | GB/T 16920-2015 (GB/T16920-2015) | | 中文名称 | 玻璃 平均线热膨胀系数的测定 | | 英文名称 | Glass -- Determination of coefficient of mean linear thermal expansion | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | N64 | | 国际标准分类 | 81.040.01 | | 字数估计 | 11,134 | | 发布日期 | 2015-12-31 | | 实施日期 | 2016-07-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 16920-1997 | | 标准依据 | 国家标准公告2015年第43号 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 16920-2015
Glass - Determination of coefficient of mean linear thermal expansion
ICS 81.040.01
N64
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 16920-1997
玻璃 平均线热膨胀系数的测定
(ISO 7991:1987,NEQ)
2015-12-31发布
2016-07-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB/T 16920-1997《玻璃 平均线热膨胀系数的测定》。
本标准与GB/T 16920-1997的主要技术性差异为:
---增加了仪器性能试验用标准材料。
本标准使用重新起草法参考ISO 7991:1987《玻璃 平均线热膨胀系数的测定》编制,与
ISO 7991:1987的一致性程度为非等效。
本标准由中国轻工业联合会提出。
本标准由全国玻璃仪器标准化技术委员会(SAC/TC178)归口。
本标准起草单位:国家轻工业玻璃产品质量监督检测中心。
本标准主要起草人:袁春梅、杨建新、梁叶。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 16920-1997。
玻璃 平均线热膨胀系数的测定
1 范围
本标准规定了弹性固体玻璃的平均线热膨胀系数测定方法。
本标准适用于各种材质玻璃平均线热膨胀系数的测定。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 1216 外径千分尺
GB/T 21389 游标、带表和数显卡尺
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
α(t0;t)
在一定的温度间隔内,试样的长度变化与温度间隔及试样初始长度之比。用式(1)表示:
α(t0;t)=
L0×
L-L0
t-t0
(1)
式中:
t0 ---初始温度或基准温度,单位为摄氏度(℃);
t ---试样加热后的温度,单位为摄氏度(℃);
L0---试样在温度t0时的长度,单位为毫米(mm);
L ---试样在温度t时的长度,单位为毫米(mm)。
本标准规定标称基准温度t0是20℃,因此平均线热膨胀系数表示为α(20℃;t)。
3.2
转变温度 transformationpoint
tg
玻璃由脆性状态向黏滞状态的转变时相应于热膨胀曲线高温部分和低温部分两切线交点的温度。
该温度时,玻璃动态黏度为1012.4Pa·s。
4 仪器设备
4.1 测量设备精度
应符合GB/T 1216或GB/T 21389的要求。
4.2 推杆式膨胀仪(水平或垂直)
能测出2×10-6L0的试样长度变化量(即0.2μm/100mm)。
测长计的接触力不应超过1.0N。这个力通过平面与球面的接触起作用,球面的曲率半径不应小
于试样的直径,在一些特殊的装置中(见图A.1)需要平行平面。
承载试样装置应确保试样安放在稳固的位置上,在整个试验过程中试样要与推杆轴在同一轴线上,
防止有任何微小改变(见图A.1)。
若承载试样装置是用石英玻璃制造,见结果表示(第7章)中给出的注意事项。
应经常采用标准材料进行仪器性能试验,方法见仪器性能试验校准和检定。
4.3 加热炉
加热炉应与膨胀仪装置相匹配,其温度上限要比预期的转变测定温度(t)高50℃左右,加热炉相对
于膨胀仪的工作位置在轴向和径向上应具有0.5mm以内的重现性。
在试验温度范围内(即上限温度比最高的预期转变温度tg低150℃,并至少为300℃与tg温度差
大于150℃,且不应低于300℃),在整个试样长度测定区间,炉温应能恒定控制在±1℃之内。
加热炉应能符合升降为5℃/min±1℃/min控制要求。在试验温度范围内,理想的升温速率为
5℃/min±1℃/min。
4.4 温度测量装置
在t0和t温度范围内,能够准确测定试样的温度,误差小于±1℃。
5 试验样品
5.1 形状和尺寸
试样通常为棒状,其形状取决于所用膨胀仪的类型,长度L0至少应为膨胀仪测长装置测长分辨率
的5×105倍。
注:例如,试样可以是直径为5mm的圆棒,长度50mm±1mm,或根据膨胀仪结构,也可以是截面为5mm×
5mm、长度为25mm~100mm的正方形棒,其他方形或矩形截面应能保证测量的精度和重复性(见附录A)。
5.2 试样制备
选取没有结石、气泡和条纹等缺陷的玻璃,用机械切割或热加工的方法制成试样所需的形状和尺
寸,然后进行退火。退火方法是:将试样加热到比转变温度高约30℃,以2℃/min的速率将试样冷至
比转变温度低约150℃,在无通风的条件下将试样进一步冷却至室温。
5.3 数量
每次试验测定两个试样。
6 步骤
6.1 试验温度范围的选择
根据定义规定,标称基准温度t0为20℃,由于实际环境原因,温度可以在18℃和28℃之间起始,
最佳终点在290℃~310℃之间,即290℃≤t≤310℃,如果这一温度不适用,可以选择为190℃≤t≤
210℃,在特殊情况下选择95℃≤t≤105℃或390℃≤t≤410℃。在计算中应使用温度的实际测量
值,但在结果中应用标称温度表示,只要所选的实际温度在规定的范围内,系数所受影响可以小到乎略
不计,所以t的相应标称值可以分别计为300℃,200℃,100℃,400℃,即α(20℃;t)。所有温度和温
差的读数精度应为1℃。
6.2 基准长度的测定
在基准温度为t0时,测定退过火的试样的基准长度L0,其精度为0.1%,然后将试样放在膨胀仪内,
稳定5min后按照6.3或6.4开始试验。
6.3 升温试验
在初始温度为t0时确定膨胀仪的位置,并将这个读数作为将要测量的未校正的长度变化量ΔLmeas
的零点,然后将炉温控制装置(4.3)调到所需的加热程序开始升温。记录温度t和相应的长度变化量
ΔLmeas,直到所需要的终点温度。
注:升温速率不应超过5℃/min±1℃/min。
因为在温度由t0~t(根据6.1选择)的升温期间,记录的膨胀读数ΔLmeas,由于热电偶的热接点和
试样之间存在温差,所以试样的表观温度应加上修正值。
注:此修正值的大小,依赖于温度变化速率和加热炉与试样之间热交换的速率。从根本上说来,修正值是要与恒温
试验相比较而确定的。
6.4 恒温试验
在初始温度为t0时确定膨胀仪的位置,并将这个读数作为将要测量的未校正的长度变化量ΔLmeas
的零点,然后加热使炉温达到所选择的终点温度t,并保持炉温恒定到±2℃,20min后从膨胀仪上读
取ΔLmeas的值。
注:虽然升温试验能够在试验进行中测定各种温度t的系数α(t0;t),如果只要求一个终点温度t时,将优先采用恒
温试验,因为这个试验能提供比较好的精度。
7 结果表示
7.1 最终长度计算
由测得的长度变量ΔLmeas,计算温度为t时的修正后的长度L 用式(2)表示:
L=L0+ΔLmeas+ΔLQ-ΔLB (2)
式中:
修正项ΔLQ和ΔLB分别在7.2或7.3中解释。
7.2 承载试样装置膨胀(ΔLQ)的计算
在单推杆式膨胀仪的情况下,式(2)中的修正项ΔLQ是位于试样近旁的承载试样装置在温度为t0
时长度为L0的那部分的热膨胀。
在差动式推杆膨胀仪的情况下,修正项ΔLQ是标准杆的热膨胀,标准杆与样品有相同的长度,在温
度为t0时长度为L0。
在任何一种情况下,修正项ΔLQ都用式(3)计算:
ΔLQ=L0αQ(t0;t) (3)
式中:
在单推杆式膨胀仪的情况下,αQ是制作承载试样装置所用材料的平均线热膨胀系数。
在差动式推杆膨胀仪的情况下,αQ是制作标准杆材料的平均线热膨胀系数。
如果承载试样装置,推杆或标准杆是由基本上不含氢氧根的石英玻璃制作,可以使用表1中给出的
αQ值,膨胀仪的这些部件在第一次使用之前应在1100℃退火7h,然后以0.2℃/min恒定速率从
1100℃ 冷却至900℃。
为了避免石英玻璃的失透,表面要保持清洁,建议用分析纯乙醇清洗两次,清洗后避免用手指接触
表面。
表1 石英玻璃的平均线热膨胀系数αQ值
温度范围 αQ值/K-1
20℃~100℃ 0.54×10-6
20℃~200℃ 0.57×10-6
20℃~300℃ 0.58×10-6
20℃~400℃ 0.57×10-6
注:当系统加热到高于700℃时,表中给出的αQ值会有变化。
7.3 膨胀仪修正值(ΔLB)的测定
设置膨胀仪的修正项ΔLB是必要的,因为处于温度为t的试样和处于环境温度的测长计之间的过
渡区域内温度分布不均匀。膨胀仪修正项用空白试验测定。
使用单推杆式膨胀仪时,空白试验的试样由与制造膨胀仪相同材料制作,如果空白试验试样是由石
英玻璃制作的则应按5.2退火。
使用差动式推杆膨胀仪时,允许使用由任何合适的材料制作的两个相同的样品。
空白试验应和玻璃的测定在相同的条件下进行,在每次按第7章进行仪器性能试验时要重复空白
试验。
7.4 平均线热膨胀系数的计算
为计算平均线热膨胀系数α(t0;t),将L0和ΔLmeas的测量值,根据6.2和6.3确立的修正值,t0实测
值及t值(如果是升温试验,用修正后的值)代入式(4):
α(t0;t)=
L0×
ΔLmeas+ΔLQ-ΔLB
t-t0
(4)
计算两个试样(5.3)的α(20℃;300℃),也可根据需要分别测定出α(20℃;200℃),α(20℃;
100℃)或α(20℃;400℃)。如果α(20℃;t)< 10×10-6K-1用两位有效数字,如果α(20℃;t)
≥10×10-6K-1 取3位有效数字。
如果两个试样的结果偏差不大于0.2×10-6K-1取算术平均值。否则,要用另外两个试样重做
试验。
8 仪器性能试验
为了核对整个试验装置是否正常运行,用标准材料做样品,按第5章和第6章进行试验和计算,标
准样品的平均线热膨胀系数值是已知的标准值。
建议使用下面的标准材料:
---蓝宝石标准玻璃;
---氧化铝陶瓷标样;
---美国标准参考材料731硼硅玻璃(NISTSRM731);
---纯铂棒;
---按照5.2退过火的石英玻璃。
标准样品的形状和尺寸,应与通常在试验装置中进行试验的样品形状和尺寸相似。
应确保标准材料的热膨胀特性不被试验所改变,如果标准材料是玻璃应按5.2退火,除非标准材料
的验证者规定了其他步骤。
9 试验报告
试验报告应包括以下内容:
a) 交付的玻璃材质状况;
b) 试验样品的形状和尺寸;
c) 使用的膨胀仪的型号;
d) 试验类型(恒温或升温试验、升温速率);
e) 平均线热膨胀系数α(20℃;t)用10-6K-1表示:
---如果α(20℃;t)< 10×10-6K-1用两位有效数字;
---如果α(20℃;t)≥10×10-6K-1取三位有效数字。
温度t0和t使用标称值。
附 录 A
(资料性附录)
样品与推杆轴的准直自调装置
理想的状况下,试样轴和推杆轴重合,长度L0位于同一轴上。实际上,试样轴与推杆轴之间有小的
偏差,只有在整个试验过程中,这种轴心不重合(偏差)保持恒定时,这种偏离才可以忽略。正基于此原
因,应正确固定推杆的方向和膨胀仪的工作方向。
如果准直性有变化(例如:由仪器振动引起),应用示例中的适当装置调节,避免这种偏离。
图A.1是使准直性变化减小到最小,且接近于垂直状态的膨胀仪的例子。在样品和推杆轴的稳定
位置是由小的震动引起的偏离情况下,由铂丝作为定位装置,可以防止样品盒推杆位置有更多的横向变
化,而由热膨胀引起的轴向移动不受妨碍。精确地垂直装配的膨胀仪对于在试验期间出现的准直变化
是更为灵敏的。
说明:
1---与膨胀仪底座相连的承载样品管,封闭的端头的磨光平面与管轴垂直。装置是由石英玻璃做的;
2--......
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