鎢珠作為高純度或高密度鎢材料的一種常見(jiàn)形態(tài)(如高比重鎢合金珠),其體積膨脹系數(shù)(volumetric thermal expansion coefficient,通常記為β或γ)是材料熱學(xué)性能的重要參數(shù)。它描述了在溫度變化時(shí),材料體積隨溫度升高的相對(duì)變化率。
熱膨脹系數(shù)分為線(xiàn)膨脹系數(shù)(α)、面積膨脹系數(shù)(β≈2α)和體積膨脹系數(shù)(γ≈3α)。對(duì)于各向同性材料(如體心立方結(jié)構(gòu)的純鎢),體積膨脹系數(shù)與線(xiàn)膨脹系數(shù)有嚴(yán)格的近似關(guān)系:γ≈3α。其中α為線(xiàn)性熱膨脹系數(shù),單位通常為10??/K(或μm/m·K)。

純鎢在室溫(約20–25°C)附近的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)α約為4.4–4.5×10??/K。這一數(shù)值在所有純金屬中屬于最低水平之一,僅次于某些特殊合金。這得益于鎢原子間極強(qiáng)的金屬鍵和體心立方晶體結(jié)構(gòu),使其原子振動(dòng)振幅小、晶格剛性高。
純鎢的體積膨脹系數(shù)約為:γ≈3×4.5×10??/K=13.5×10??/K。實(shí)際測(cè)量值通常落在13–13.5×10??/K區(qū)間(室溫附近)。這一數(shù)值在高溫下會(huì)略有增加,但總體保持較低水平。鎢合金珠,其體積膨脹系數(shù)略高于純鎢,一般4.8–6.0×10??/K的線(xiàn)膨脹,對(duì)應(yīng)體積膨脹約14.4–18×10??/K,仍遠(yuǎn)低于常規(guī)金屬。
據(jù)悉,鋁的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)α≈23×10??/K,體積膨脹系數(shù)γ≈69×10??/K。銅的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù):α≈17×10??/K,體積膨脹系數(shù)γ≈51×10??/K。鋼/鐵的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù):α≈12×10??/K,體積膨脹系數(shù)γ≈36×10??/K。

鎢的體積膨脹系數(shù)僅為鋼的1/3左右、鋁的1/5左右。低體積膨脹系數(shù)帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì):(1)高溫尺寸穩(wěn)定性:在發(fā)動(dòng)機(jī)、真空爐或X射線(xiàn)設(shè)備中,溫度循環(huán)時(shí)體積變化極小,避免間隙變化或應(yīng)力集中。(2)與其它材料匹配:在復(fù)合結(jié)構(gòu)中(如鎢珠與鋼/銅/鋁結(jié)合),鎢的低膨脹可減少熱應(yīng)力,防止開(kāi)裂或脫落。(3)精密定位:用于陀螺儀、慣性器件時(shí),溫度漂移引起的體積變化小,有利于保持高精度。