物體的體積或長度隨溫度的升高而增大的現象為熱膨脹。熱膨脹系數用來描述溫度變化時材料發生膨脹或收縮程度的物理量。線（體）膨脹系數指溫度升高1K時物體的長度（體積）的相對增加。

    熱膨脹的本質為點陣結構中的質點間平均距離隨溫度的升高而增大的現象。晶格振動一般近似地認為是質點的簡諧振動。事實上在晶格振動中相鄰質點間的作用力是非線性的，作用力并不簡單地與位移成正比。

    影響材料熱膨脹的因素有很多，除了溫度外還有合金成分和組成相、晶體缺陷、晶體結構等。

    組成合金的溶質元素及含量對合金的熱膨脹有明顯影響。對于大多數合金來說，如合金形成均一的單相固溶體，則合金的熱膨脹系數一般介于組元的熱膨脹系數之間，可以用簡單的相加率的關系進行計算。如果金屬固溶體中加入過渡元素，則固溶體的膨脹系數變化就沒有規律性。

    當金屬和合金發生相變時，膨脹量和熱膨脹系數也發生變化。對于一級相變，伴隨著比熱容的變化，相應的熱膨脹系數在相變點有不連續變化，在轉變點處變為無窮大。對于二級相變，膨脹系數曲線在相變點處出現拐點。

    晶體缺陷空位對熱膨脹系數影響比較大。空位可以由離子輻射產生，也可以由高溫淬火產生，空位的產生可以導致熱膨脹系數的增加。

    晶體結構組成相同，結構不同的物質，膨脹系數不相同。一般情況下，結構緊密的晶體，膨脹系數較大；而類似于無定形的玻璃，往往具有較小的膨脹系數。結構緊密的多晶二元化合物都具有比玻璃大的膨脹系數。

    晶體具有各向異性，彈性模量較高的方向將有較小的膨脹系數。如剛玉在垂直于C軸方向膨脹系數為8.3×10^-6，而在平行于C軸方向，膨脹系數為9.0×10^-6。

    對于鐵磁性合金由于鐵磁轉變出現反常，存在膨脹峰和反膨脹峰。出現反常的原因在于磁致收縮抵消了合金正常的熱膨脹。利用這一特性可以得到在一定溫度范圍內熱膨脹系數基本不變的可伐合金。

    在精密儀器儀表中，對尺寸變化要求很高。因此要求尺寸隨溫度變化非常小。為此人們開發了低膨脹合金因瓦合金。因瓦合金主要成分為Fe-Ni合金。因瓦合金的低膨脹效應源自磁致伸縮效應。該合金在自發磁化至飽和狀態時體積發生明顯的膨脹；而溫度升高時，合金的自發磁化減弱，上述效應減弱，體積必然收縮；正常的熱膨脹使得體積增加，二者相互作用使得熱膨脹維持在一個較低的水平。

    真空電子元器件失效分析及定膨脹合金的開發在電子、電信行業中，真空電子元件使用量大。但在制備和使用過程中，經常有密封不嚴，真空破壞等事故。失效分析表明，元器件中使用玻璃、陶瓷、云母等絕緣材料和導電合金材料。兩類材料熱膨脹特性不匹配，或者隨溫度變化趨勢不同，會造成二者膨脹變形量的不同，導致上述事故的發生。人們制備了定膨脹合金，將熱膨脹系數固定在某范圍內，并與玻璃匹配。定膨脹合金分為兩類：①借助因瓦效應達到特定熱膨脹系數的合金；②高熔點金屬及合金，利用其低膨脹系數達到要求，如Ni-Mo合金。

(慧樸科技，huiputech)