高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)的意義有：
?。?）增加研磨拋光材料的高溫恒量性：降低研磨拋光材料的線擴(kuò)張指標(biāo)，增加研磨拋光材料的高溫恒量性，增加研磨拋光材料的使用安全性。
?。?）增加研磨拋光材料的強(qiáng)度：如果層狀物由兩種研磨拋光材料迭置連接而成，則溫度變化時(shí)，由于兩種研磨拋光材料擴(kuò)張值不同，若仍連接在一起，體系中要采用一中間擴(kuò)張值，從而使一種研磨拋光材料中產(chǎn)生壓應(yīng)力而另一種研磨拋光材料中產(chǎn)生大小相等的張應(yīng)力，恰當(dāng)?shù)乩眠@個(gè)特性，可以增加制品的強(qiáng)度。
?。?）焊接或熔接：當(dāng)兩種不同的研磨拋光材料彼此焊接或熔接時(shí)，都要求二種研磨拋光材料具備相近的擴(kuò)張指標(biāo)。如果選擇研磨拋光材料的擴(kuò)張指標(biāo)相差比較大，焊接時(shí)由于擴(kuò)張的速度不同，在焊接處產(chǎn)生應(yīng)力，降低了研磨拋光材料的機(jī)械強(qiáng)度和氣密性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊接處脫落、炸裂、漏氣或漏油。
?。?）合理使用研磨拋光材料：影響工件的精度，精密量具、零件、儀表、機(jī)器等，應(yīng)選用線擴(kuò)張指標(biāo)小的研磨拋光材料，以避免在不同的溫度下使用影響其精度；機(jī)械加工和裝配中也應(yīng)考慮研磨拋光材料的高溫?cái)U(kuò)張性，以保證構(gòu)件尺寸的準(zhǔn)確性。
1.1 研磨拋光材料的高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)
研磨拋光材料的體積或長(zhǎng)度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為高溫?cái)U(kuò)張。高溫?cái)U(kuò)張通常用高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)表示。
?。?）體積擴(kuò)張指標(biāo)（αV）：相當(dāng)于溫度升高1℃時(shí)物體體積的相對(duì)增大值。
由于總有內(nèi)能存在，物質(zhì)的每個(gè)粒子都在振動(dòng)。當(dāng)物質(zhì)受高溫時(shí)，由于溫度升高，每個(gè)粒子的高溫能增大，導(dǎo)致振幅也隨之增大，由（非簡(jiǎn)諧）力相互結(jié)合的兩個(gè)原子之間的距離也隨之增大，物質(zhì)就發(fā)生擴(kuò)張。物質(zhì)的高溫?cái)U(kuò)張是由非簡(jiǎn)諧（非線性）振動(dòng)引起的。
?。?）線擴(kuò)張指標(biāo)（αL）
實(shí)際上，無(wú)機(jī)非金屬研磨拋光材料的體擴(kuò)張指標(biāo)αV、線擴(kuò)張指標(biāo)αL并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度稍有變化，通常隨溫度升高而增大。瞬時(shí)線擴(kuò)張指標(biāo)為αi=1L（a L a T）p。上圖1為一些無(wú)機(jī)研磨拋光材料的高溫?cái)U(kuò)張曲線。
1.2 塊狀研磨拋光材料高溫?cái)U(kuò)張機(jī)理
塊狀研磨拋光材料人擴(kuò)張的本質(zhì)是點(diǎn)陣構(gòu)造中的質(zhì)點(diǎn)間平衡距離隨溫度升高而增大，在晶格振動(dòng)中近似地認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)的高溫振動(dòng)是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)，溫度的升高只能增大振幅，并不會(huì)改變平衡位置，因此質(zhì)點(diǎn)間平均距離不會(huì)因溫度升高而改變，高溫量變化不能改變晶體的大小和形狀，也就不會(huì)有高溫?cái)U(kuò)張。這樣的結(jié)論顯然是不正確的，造成這一錯(cuò)誤的原因是，在晶格振動(dòng)中相鄰質(zhì)點(diǎn)間的作用力，實(shí)際上是非線性，即作用力并不簡(jiǎn)單地與位移成正比。由右圖可以看到，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí)受力的情況并不對(duì)稱，在質(zhì)點(diǎn)平衡位置r0的兩側(cè)，合力曲線的斜率是不等的，當(dāng)rr0時(shí)，斜率較小，所以rr0時(shí)，引力隨位移的增大要慢些，在這樣的受力情況下，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)的平衡位置就不在r0處而要向右移，因此相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離增加，溫度越高，振幅越大，質(zhì)點(diǎn)在r0兩側(cè)受力不對(duì)稱情況越顯著，平衡位置向右移動(dòng)得越多，相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離也就增加的越多，以致晶胞參數(shù)增大，晶體擴(kuò)張。這些是導(dǎo)致高溫?cái)U(kuò)張的主要原因，此外晶體中的各種高溫缺陷的形成將造成局部晶格的畸變和擴(kuò)張，這雖然是次要的原因，但隨溫度升高高溫缺陷濃度按指數(shù)關(guān)系增加，所以在高溫時(shí)這方面的影響對(duì)某些晶體來(lái)講也變得重要了。
1.3 高溫?cái)U(kuò)張和其他性能的關(guān)系
1.3.1 高溫?cái)U(kuò)張和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系
由于塊狀研磨拋光材料的高溫?cái)U(kuò)張與晶體點(diǎn)陣中質(zhì)點(diǎn)的位能性質(zhì)有關(guān)，而質(zhì)點(diǎn)的位能性質(zhì)是由質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力特性所決定的。質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力越強(qiáng)，則位阱深而狹，升高同樣的溫度差Δt，質(zhì)點(diǎn)振幅增加的比較少，故平均位置的位移量增加的較少，因此高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)較小。
一般晶體的構(gòu)造類型相同時(shí)，結(jié)合能大的熔點(diǎn)也較高，所以通常熔點(diǎn)高的擴(kuò)張指標(biāo)也小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)還得出某些晶體高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)α與T熔間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式α=0.038/T熔-7.0*10-6。
1.3.2 高溫?cái)U(kuò)張和高溫容的關(guān)系
高溫?cái)U(kuò)張是因?yàn)閴K狀研磨拋光材料受高溫以后晶格振動(dòng)加劇而引起的體積擴(kuò)張，而晶格振動(dòng)的激化就是高溫運(yùn)動(dòng)能量的增大。升高單位溫度時(shí)能量的增量也就是高溫容的定義。所以高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)顯然與高溫容密切相關(guān)而有著相似的規(guī)律。下圖表示Al2O3的高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)和高溫容對(duì)溫度的關(guān)系曲線，可以看出這兩條曲線近于平行、變化趨勢(shì)相同，即兩者的比值接近于恒值，其他的物質(zhì)也有類似的規(guī)律。在0K時(shí)，α與C都趨于零。通常由于高溫時(shí)有顯著的高溫缺陷等原因，使α仍可以看到有一個(gè)連續(xù)的增加。
1.3.3 高溫?cái)U(kuò)張和構(gòu)造的關(guān)系
對(duì)于相同組成的物質(zhì)，由于構(gòu)造不同，擴(kuò)張指標(biāo)也不同。通常構(gòu)造緊密的晶體，擴(kuò)張指標(biāo)都較大，而類似于無(wú)定形的玻璃，則往往有較小的擴(kuò)張指標(biāo)。
氧離子緊密堆積的構(gòu)造有高的原子堆積密度，其擴(kuò)張指標(biāo)的典型數(shù)據(jù)是從室溫附近的（6-8）×10-6K-1增加到德拜溫度附近的（10-15）×10-6K-1。一些硅酸鹽物質(zhì)，因?yàn)樗鼈兊木W(wǎng)狀構(gòu)造，常具有較低的密度，所以高溫?cái)U(kuò)張指標(biāo)也出現(xiàn)低得多的數(shù)值。表1列出了一些陶瓷研磨拋光材料的平均線擴(kuò)張指標(biāo)。
對(duì)于非等軸晶系的晶體，各晶軸方向的擴(kuò)張指標(biāo)不等，最顯著的是層狀構(gòu)造的物質(zhì)，如石墨，因?yàn)閷觾?nèi)有牢固的聯(lián)系，而層間的聯(lián)系要弱得多，所以垂直c軸的層向擴(kuò)張指標(biāo)為1×10-6K-1，而平行c軸垂直層向的擴(kuò)張指標(biāo)高達(dá)27×10-6K-1。對(duì)于某些晶體物質(zhì)，在一個(gè)方向上的擴(kuò)張指標(biāo)還可能出現(xiàn)負(fù)值，容積擴(kuò)張指標(biāo)極小。對(duì)于β-鋰霞石甚至出現(xiàn)負(fù)的擴(kuò)張指標(biāo)，這些都是由于存在著很大的各項(xiàng)異性的構(gòu)造的緣故，因此這些研磨拋光材料往往存在著高的內(nèi)應(yīng)力。某些各項(xiàng)異性晶體的主擴(kuò)張指標(biāo)見(jiàn)表2。
1.3.4 天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料的特性
天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料（CorundumКорунд）名稱源于印度，是成分為鋁的氧化物（Al2O3）礦物，晶體屬三方晶系，多呈腰鼓形的六方柱狀，有的呈針狀或板狀，集合體呈塊狀或柱狀，通常呈白、灰、黃等色。天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料的晶體形態(tài)是晶體構(gòu)造的反映，具有L33L23PC的對(duì)要素，呈現(xiàn)桶狀、六方柱狀、六方雙錐，常出現(xiàn)平行于柱面、錐面的色環(huán)（色帶）。天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料為玻璃光澤，但因常存在依底面或菱面體面形成的聚片雙晶而出現(xiàn)裂理。
自然界存在的天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料屬a-Al2O3，金屬鋁在氧氣中燃燒，或?qū)溲趸X灼燒至高溫也能得a-Al2O3，它是氧化鋁結(jié)晶形態(tài)中最恒量者，它是M2O3（M：三價(jià)的金屬元素）型氧化物的代表性構(gòu)造，天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料型構(gòu)造具有六方最密堆積的氧原子層，氧原子間的八面體配位的2/3空隙是由金屬原子所填充，也即a-Al2O3為鋁離子和氧離子形成離子結(jié)合鍵，鋁原子受六個(gè)氧原子包圍而成八面體的六配位型。其熔點(diǎn)2015℃，沸點(diǎn)2980℃，比重3.98，既不溶于水，也不溶于酸和堿，耐腐蝕和絕緣性能好，用于制造耐火研磨拋光材料、砂輪和絕緣研磨拋光材料。天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料中因含少量雜質(zhì)而顯不同顏色，高溫熔融得到的a-Al2O3可做人造天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料，用于鐘表和精密儀器的軸承及人造寶石。
從表中我們可以看到天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料的線擴(kuò)張指標(biāo)與溫度的關(guān)系，在所測(cè)溫度范圍內(nèi)它隨著溫度的升高而增大，說(shuō)明天然金剛砂之黑剛玉、棕剛玉、白剛玉系列磨料研磨拋光材料線擴(kuò)張指標(biāo)隨溫度變化的基本特征以及在高溫下的容積有極好的恒量性。
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