一、概述

材料相变分析仪采用膨胀法是用于测定金属材料、陶瓷、耐火材料以及其它固体材料，特别是刚玉、耐火材料、精铸用型壳及型芯材料的热膨胀系数，临界温度以及相变分析。为工厂、科研院校检测金属材料、陶瓷、釉料及无机材料制品的性能及科研教学提供*的测试手段。

二、技术参数

1、zui高炉温：1000℃，冷却曲线zui高温度1000℃

2、升温速度：zui高100℃/min（室温至1000℃），降温速率：在通液氧环境条件下：从1000℃降至100℃，平均30℃/S，（从700℃降至100℃，平均50℃/S）；在常温冷却气体环境下：从1000℃降至100℃，平均20℃/S（与气体压力有关）

3、电源电压：220V±10﹪，50HZ

4、zui大功耗≤6KW ，加热方式：远红外加热方式

5、膨胀值测量范围及误差：0--5㎜±0.1%

6、膨胀值指示方式：数字显示

7、膨胀值测量分辨率：1um

三、仪器的组成及简单原理

仪器由传感器装置、电阻炉、小车、基座、电器控制箱五部份组成。电炉升温后炉膛内的试样发生膨胀，顶在试样端部的测试杆产生与之等量的膨胀量（如果不计系统的热变形量的话），这一膨胀量由电感位移传感器及仪表测量出来，并由仪表显示（也可直接由千分表指示出来）。为消除系统热变形量对测试结果的影响，在计算中需加上相应的补偿值才是试样的真实膨胀值。

1、位移传感装置中的测试杆一端顶着试样，一端连着位移传感器的铁芯。试样的另一端顶在固定的试样架档板上。因而试样在此端的自由度被限制了，所以试样的膨胀将引起位移传感器的铁芯相应的位移。测试杆在导支套中移动。

2、采用红外镀钛灯管反射的管式炉。为保证炉管密封材料不致烧损，水冷端盖中通有冷却水。

3、试样装在试样管中固定不动，进出炉膛靠移动炉膛来实现。这样避免了试样受到振动，炉膛装在小车上，小车在基座导轨上移动。

4、电气部分：电气控制原理见附图，电炉采用红外镀钛灯管反射炉。炉温测定采用相应热电偶及温控仪。

四、使用与操作

仪器出厂时，各部分已作好调整。使用时只需要按下列程序操作：

1、将基座安放水平，调整电炉的位置，使炉膛与试样管相对运动自如，要防止它们相互发生擦、碰现象。调整、移动电阻炉时一定要缓慢，以防损坏炉膛和试样管。调好后将止动螺钉紧固好，将电炉固定在小车上。再调整定位脚在导轨上的位置，使小车靠住定位脚时，电炉端面至导支套端面距离约为30㎜，然后固紧定位脚。这样就能保证测试时试样处于炉膛均温区之中。

2、导支套之间须注入适量的机油（用粘度尽量小的润滑油，以尽可能减少磨擦阻力）。注入测试杆端部两小孔，使测试杆具有良好的随动性。

3、当测试杆和试样接触后，膨胀值显示可能不指示“零”位，此时可调节微调旋钮，使仪表指示在“零”位。

4、检查各部分的连线，确认各仪表性能正常。

5、电控箱：

（1）按电气接线图接好电源、电炉和电偶等连接线。

（2）升温控制可仔细阅读配套AI708说明书，利用该控温仪可手动、自动升温，如要求速度较慢，可将输出功率限在30左右，可减少程序升温的超差，如速度跟踪不上，可适当增大输出功率。

（3）随着炉温的升高，将试样膨胀变形值，通过电感位移传感器将其变化数值在仪表上指示，或直接在千分表上指示。量程在出厂前已调好，用户一般不要调整。

（4）仪器使用完毕，将各开关拨至原位，以免下次开机时造成误动作而损坏仪器。

6、膨胀系数计算方法：

试样升温达到测试温度后，根据记录结果，按下式计算出试样加热至t℃时的线膨胀百分率和平均线膨胀系数：

                                                      △L_t－K_t  

线膨胀百分率计算公式：δ=———————×100﹪

                                                             L

                                                        △L_t－K_t

平均线膨胀系数计算公式：α=——————

                                L（t－to）

两公式中：L为试样室温时的长度（㎜）；

△L_t为试样加热至t℃时测得的线变量值（mm）（仪表示值），   △L_t数值正负表示试样的膨胀与负膨胀（收缩）；

K_t为测试系统t℃时补偿值（mm）；

t为试样加热量温度（℃）；

t₀为试样加热前的室温（℃）。

仪器的补偿值K_t需要用户自己预先测定和计算。求补偿值K_t方法是：1000℃以下用石英标样；1000℃以上用高纯刚玉标样作试样，进行升温测试，仪表中数值包含了标样、试样管及测试杆的综合膨胀值。而补偿值K_t应只是试样管及测试杆在相应温度下的综合膨胀值，所以应将标样在相应温度下的膨胀值，从膨胀量中扣除后，剩下的膨胀量即为仪器在相应温度下的补偿K_t。而标样的膨胀系数为已知的话，则K_t可用下列公式求出。即已知α_标、L_t标、L_标、t、t₀则：

K_t=△L_t标-α_标×L_标×（t-t₀）

石英标样的膨胀系数取样平均值0.55×10^-6/℃；刚玉标样的膨胀系数可在附录表中查到。

例如：求1400℃时仪器补偿值K₁₄₀₀，用刚玉标样作试样进行升温测试，升温前量得标样长度L_标=50.1mm，室温t₀=20℃升温至1400℃时,记录△L_1400标=0.11㎜，在表一中查的1400℃时刚玉标样的平均线膨胀系数α_标=8.623×10^-6/℃将上述数值代入公式中

K₁₄₀₀=△L_1400标-α_标×L_标（1400－20）

      =0.11-8.623×10^-6× 50.1×（1400－20）=－0.408（㎜）

五、调整与校正

1、膨胀值数字显示方式的调整与校正

①零点：膨胀值采用智能数字式仪表进行显示，应将AI501显示仪表按其说明调整好所需参数和量程。开启仪表电源，并接好各线，所显示不在“0”位，可通过调零旋钮使其回到零点。

②量程校正：

2、升温过程参数调整：

出厂时已对升温过程各参数进行调整，并已锁定。用户若要改变，可以参阅AI810P仪表调校方法说明书。智能仪表相当于一程序给定器，调节参数可任意进行，用户在使用中可以定期对参数进行标定。

六、试样规范及制备

1、试样尺寸

圆柱体Φ（6～10）×50（mm）方形体（6～10）×（6～10）×50（mm）

2、试样制备

①型壳材料试样：用模具压制蜡模，按型壳工艺涂挂试样，                                                           脱蜡后在350～400℃烧烤保温一小时，去除残余模料，随炉冷却。试样如果需要进行焙烧，可免去烘烤。

②陶芯材料试样：用模具压制陶芯，按陶芯制工艺烧制试样（300℃保温2小时，500℃保温1小时，900℃保温1小时，zui后升温至1150℃保温2小时，然后随炉冷却。）

③用户可根据自己的工艺要求制作试样。

七、安装、保养

1、仪器应安装在稳定的基础上，周围无震动源，机械主机的工作台高度应低于800㎜。

2、仪器使用过程中，须用氩气瓶、冷却水，因而要考虑装置的摆放和连接。客户订购的测温在1000℃以下的仪器及仪器不需要氩气保护。

3、试验完毕后，应及时清洁仪器。

八、产品成套一览表

九、高纯刚玉标样线膨胀系数

附：

一、前期准备：

测试主机一台、随机配套测试软件一套、测试仪器一台

二、测试软件的安装：

1、将装有测试软件的安装光盘放入光驱中，打开光盘并双击运行.EXE程序文件。

2、在出现在安装窗口中，按照软件提示操作，依次完成软件的完装。

3、软件安装完成后，软件会自动在桌面创建其对应的快捷方式，同时用户也可以自行创建快捷方式图标到桌面。当要启动本测试软件时用户只须双击桌面图标即可启动，同时用户也可以通过在“开始”菜单中的程序中找到相应的应用程序名称启动程序。

三、测试软件主要功能

用户进入系统后，可以完成以下操作（界面如图1）：

1、 系统补偿值测试。

2、 材料热膨胀系数测试，可测材料室温到1000度，不同温度下的膨胀系数，软化点（临界温度）。

3、 膨胀法测试材料连续冷却转变曲线

4、 仪表控温参数及升降温曲线设置.        

5、 实验分析报告

图1

四、测试软件具体操作（以下各步均以仪器准备就绪为前提）：

图2

1、系统补偿值测试（界面如图2）：

此功能主要用于对仪器误差的校正，因为仪器在实验升温的过程中，试样架、位移顶杆本身在温度作用下也会产生一定的位移，造成实验过程中的位移误差，本软件该功能的实现就是用于解决此问题。

具体操作如下：

1) 启动测试软件，进入测试主界面，单击“系统标样补偿值标定实验”按钮，进入系统补偿值测试界面。

2) 在系统补偿值测试界面中，将标样的实际长度数据填入“试样长度”对应的文本框（标样为50MM），单击“开始实验”按钮，系统便开始进行系统补偿值测试。

3) 当测试界面中“试样温度”所对应文本框显示的温度为1000℃或1600℃时（具体温度得看量程、标样选择），此时用户便可以单击“试验结束”按钮，停止仪器工作，完成系统补偿值测试。

4) 此时用户可以通过单击“查看补偿值”按钮来查看仪器在每个温度点的补偿值。如果用户不打算做任何操作，则可以通过单击界面中的“返回”按钮，返回测试主界面，并单击“退出实验”退出测试软件。

   仪器在出厂前已做过了补偿值测试，用户以后可根据实际情况来确定是否要进行补偿值测试。

图3

2、膨胀法测材料临界温度测定实验（界面如图3）：

此功能为软件进行实验测试模块，用户可以通过运行本模块实现对样品热膨胀系数的测试。具体操作如下：

1) 启动测试软件，进入测试主界面，单击“材料临界温度测定实验（膨胀法）”按钮，进入材料临界温度测定实验界面。

2) 在材料临界温度测定实验界面中，将试样的实际长度数据填入“试样长度”对应的文本框，单击“实验开始”按钮，系统便开始进行材料临界温度测定实验。

3) 当测试软件显示当前温度达到试样实验终止温度，此时用户便可以单击“试验结束”按钮，此时仪器停止工作，测试主机与仪器通讯终止。

4) 此时用户可以通过单击“数据结果输出”按钮来查看打印试样的测试结果，或者单击“数据处理”按钮查看整个测试过程中试样位移与温度的变化曲线。用户在完成操作后，可以通过单击“退出实验”按钮，返回测试主界面（退出前单击“保存数据”保存测试结果）。

图4

3、膨胀法测试材料连续冷却转变曲线（界面如图4）：

此功能为软件进行实验测试模块，用户可以通过运行本模块实现对样品转变温度的测试。具体操作如下：

1) 启动测试软件，进入测试主界面，单击“连续冷却转变曲线测定实验（膨胀法）”按钮，进入材料连续冷却转变曲线测定实验界面。

2) 在材料连续冷却转变曲线测试界面中，将试样的实际长度数据填入“试样长度”对应的文本框，单击“实验开始”按钮，系统便开始进行材料临界温度测定实验。

3) 当测试软件显示当前温度达到试样实验终止温度，此时用户便可以单击“试验结束”按钮，此时仪器停止工作，测试主机与仪器通讯终止。

4) 此时用户可以通过单击“数据结果输出”按钮来查看打印试样的测试结果，或者单击“数据曲线”按钮查看整个测试过程中试样位移与温度的变化曲线（其界面如图5所示）。

5) 用户也可以单击“数据查询”按钮查看整个实验过程中的详细数据，同时还可以单击“输出实验报告（CCT图）”按钮，以实现CCT图报告的输出（其界面如图6所示），用户在完成操作后，可以通过单击“退出实验”按钮，返回测试主界面（退出前单击“保存数据”保存测试结果）。