熱膨脹系數指固態物質的溫度改變1攝氏度時，其某一方向上的長度的變化和它在20℃（即標準實驗室環境）時的長度的比值。大多數情況下，熱膨脹系數為正值，即溫度變化與長度變化成正比，溫度升高體積擴大。但水在0到4攝氏度之間會出現負膨脹。熱膨脹系數有三種定義，分別是線性熱膨脹、平均線膨脹系數以及熱膨脹率（亦稱導數熱膨脹系數）。
熱膨脹系數是評價材料熱穩定性的重要指標，受多種參數的影響，如化學礦物組成 、相變 、合金元素、織構、裂紋及缺陷等，呈較強的非線性關系。通過測試材料熱膨脹系數隨溫度的變化情況，可以了解材料的熱物理性能和溫度變化過程中材料內部發生的化學反應。
用于測量熱膨脹系數的儀器主要為熱機械分析儀，熱膨脹儀，測量方法包括頂桿式間接法、望遠鏡直讀法，新的雙端激光位移法也越來越受到重視。
介紹
熱膨脹系數是量度固體材料熱膨脹程度的物理量，指單位長度、單位體積的物體，溫度升高1℃時，其長度或體積的相對變化量。可用平均線膨脹系數α或平均體積膨脹系數β表示：
或
式中L、V分別為試樣原始長度(mm)和原始體積，ΔL、ΔV分別為溫度由上升到時試樣的相對伸長和體積變化量。一般情況下，。實用上，線膨脹系數α更多情況下被采用。膨脹系數隨材料的組成和溫度的變化而異，是固體材料受熱沖擊時反映其性能變化的物理參數。
分類
熱膨脹系數有線膨脹系數α、面膨脹系數β和體膨脹系數γ之分。
對于可近似看做一維的物體，長度就是衡量其體積的決定因素，這時的熱膨脹系數可簡化定義為：單位溫度改變下長度的增加量與的原長度的比值。這就是線膨脹系數。
對于三維的具有各向異性的物質，有線膨脹系數和體膨脹系數之分。如石墨結構具有顯著的各向異性，因而石墨纖維線膨脹系數也呈現出各向異性，表現為平行于層面方向的熱膨脹系數遠小于垂直于層面方向。
線膨脹系數
線熱膨脹系數有時也稱線彈性系數（linear expansivity），表示材料膨脹或收縮的程度。分為某一溫度點的線膨脹系數和某一溫度區間的線膨脹系數，后者稱為平均線膨脹系數。前者是單位長度的材料每升高一度的伸長量；平均線膨脹系數是單位長度的材料在某一溫度區間，每升高一度溫度的平均伸長量。
耐火材料線膨脹系數的常用測量方法是頂桿式間接法和望遠鏡直讀法。新的激光法測定線膨脹系數也越來越受到重視。
頂桿式間接法
頂桿法是一種經典方法，采用機械測量原理，即將試樣的一端固定在支持器的端頭上，另一端與頂桿接觸，試樣、支持器和頂桿同時加熱，試樣與這些部件的熱膨脹差值被頂桿傳遞出來，并被測量。這類儀器由于試樣位置(立式或臥式)、膨脹量的測量方法(直接測量、電子或光學方法)而區分成多種型號的儀器。應用較普遍的是電感式膨脹儀。它的傳感器是差動變壓器，也稱差動變壓器熱膨脹儀。由于頂桿和支持器尺寸較長，高溫爐的加熱條件難于使溫度分布均勻一致，頂桿和支持器之間的膨脹量難以相互抵消，所以膨脹的測量值需要校正。
望遠鏡直讀法
望遠鏡直讀法是用雙目望遠鏡直接觀察爐內高溫下試樣膨脹的變化值，通過計算得到線膨脹系數。測量溫度可高達2000℃，天文望遠鏡目鏡上的測微計直接測量試樣伸長量。所用試樣較長，加熱爐要有足夠的恒溫帶。該方法的缺點是一般不易自動記錄。
激光法測量
熱膨脹是近年發展的。它是以一激光束掃描試樣，而不斷測定試樣在加熱過程中長度的變化。由于測量精度高、計算機組成的全自動控制、記錄和多功能系統而受到歡迎。選擇熱膨脹測量方法時主要考慮測試范圍、待測材料的種類和特性、測量精度和靈敏度等。
因素
1）熱膨脹與熱容的關系
熱膨脹是固體材料受熱以后晶格振動加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動的激化就是熱運動能量的增大。升高單位溫度時能量的增量即為熱容。因此熱膨脹系數與熱容密切相關，并與熱容有著相似的規律。即在低溫時，膨脹系數也像熱容一樣按規律變化，0 K時，α、c趨于零；高溫時，因有顯著的熱缺陷等原因，使α仍有一個連續的增加。
固體材料的熱膨脹與點陣中質點的勢能有關，而質點的位能是由質點間的結合力特性所決定的。質點間的作用力越強，質點所處的勢阱越深，升高同樣溫度，質點振幅增加得越少，相應地熱膨脹系數越小。當晶體結構類型相同時，結合能大的材料的熔點也高，也就是說熔點高的材料膨脹系數較小。
影響因素
1）化學礦物組成
熱膨脹系數與材料的化學組成、結晶狀態、晶體結構、鍵的強度有關。組成相同，結構不同的物質，膨脹系數不相同。通常情況下，結構緊密的晶體，膨脹系數較大；而類似于無定形的玻璃，往往有較小的膨脹系數。鍵強度高的材料一般會有低的膨脹系數。
2）相變
材料發生相變時，其熱膨脹系數也要變化。純金屬同素異構轉變時，點陣結構重排伴隨著金屬比容突變，導致線膨脹系數發生不連續變化。
3）合金元素對合金熱膨脹有影響
簡單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體合金的膨脹系數介于內組元膨脹系數之間。而多相合金膨脹系數取決于組成相之間的性質和數量，可以近似按照各相所占的體積百分比，利用混合定則粗略計算得到。
4）織構影響
單晶或多晶存在織構，導致晶體在各晶向上原子排列密度有差異，導致熱膨脹各項異性，平行晶體主軸方向熱膨脹系數大，垂直方向熱膨脹系數小。
5）裂紋及缺陷
內部裂紋及缺陷也會對熱膨脹系數產生影響。
金屬膨脹系數
測定溫度條件及單位：20℃，(單位或）
液體膨脹系數
測定溫度條件：20℃，單位：1/℃（1/K）
參考資料 >
雙端激光位移法測量材料高溫熱膨脹系數.中國知網.2024-01-30