膨胀系数是表征物体热膨胀性质的物理量。当温度升高1K时，物体单位长度、单位面积、单位体积的变化，分别称为线膨胀系数、面膨胀系数和体膨胀系数，总称膨胀系数。其中，线膨胀系数是材料主要的热物理特征参数之一，也是材料形体热变形计算的重要依据，对于基础科学研究、技术创新、工程技术的设计与应用等都具有重要的意义。
目前常用的线膨胀系数测量仪有两大类：一类是普通物理实验使用的光杠杆测量蒸气加热式、光杠杆测量电加热式、千分表测量电加热式；另一类是专业物理实验使用的顶杆式膨胀仪，宁波材料所测试中心热分析实验室的德国耐驰热膨胀仪（DIL）就属后者。
测试原理
图1 顶杆式结构
顶杆式热膨胀仪测量原理见图1，样品右端接触挡板，左端通过推杆连接位移传感器系统（LVDT），测量过程中推杆在样品左端施加可以忽略不计的负载力（推荐值25CN，可调）。样品杆样品受热膨胀时，LVDT左移并记录形变量（dL）；反之，样品收缩时，LVDT右移并记录形变量（dL）。
图2 微晶玻璃线膨胀系数测试曲线
膨胀测量以微晶玻璃的线膨胀测试为例，图2为微晶玻璃的相对膨胀量（dL/L0）随温度的变化曲线：RT-320℃范围内，微晶玻璃受热均匀膨胀，为线性膨胀区；320-420℃，微晶玻璃发生玻璃化转变，呈非线性膨胀，拐点外切交点定义为玻璃化转变温度；420℃以上，曲线出现膨胀最大值，继续受热样品开始收缩，膨胀最大值处定义为微晶玻璃的软化点。由此，可以看出热膨胀仪不仅可以检测线膨胀系数，还可以通过记录膨胀过程检测材料的玻璃化转变温度和软化点。
图3 CFH4陶瓷生坯线膨胀系数测试曲线
收缩测量以陶瓷生坯线膨胀测试为例，图3中蓝色曲线为陶瓷生坯的相对收缩量（dL/L0）随温度的变化曲线，红色曲线为陶瓷生坯收缩曲线的一阶微分曲线，可以参考一阶微分曲线标定每个收缩段相应的温度范围：RT-141℃范围内，陶瓷生坯失水，体积收缩；141-457.5℃范围内，陶瓷受热略微膨胀；457.5-800℃范围内，陶瓷脱去添加剂，体积收缩；800-1013℃范围内，陶瓷第一步烧结，体积收缩；1013-1219℃范围内，陶瓷第二步烧结，体积收缩；微分曲线峰值对应每个收缩段中最大收缩速率处相应的温度点。由此看出热膨胀仪可以通过记录样品收缩过程去剖析陶瓷材料的烧结过程，为陶瓷生坯烧结工艺提供有力的技术参考。
当代新型陶瓷、金属粉末与复合材料领域的不断发展，要求精确的掌握材料的热膨胀和烧结特性。对于各类反应与相转变的研究，经常要求在极端的测试条件，如一两千度的高温下进行。宁波材料所测试中心热膨胀仪型号为NETZSCH DIL 402C，温度范围覆盖RT-1600 ℃，dL测量范围：500/5000μm，分辨率高达0.125nm/1.25nm，可提供惰性、氧化、还原、静态、动态气氛。该热膨胀仪可以满足各种材料测量要求，让其“膨胀”无处可藏。
（公共技术服务中心 水晓雪）