Измерения теплового расширения при высоких температурах: состояние и перспективы повышения точности средств измерений
https://doi.org/10.20915/2077-1177-2025-21-4-99-111
Аннотация
В статье проанализировано современное состояние и перспективы развития высокотемпературной дилатометрии. Приведены основные определения и понятия. Рассмотрены основные типы дилатометров, использующих контактные (механические) и дистанционные (оптические) методы измерений; описаны некоторые конкретные установки. Проанализированы ограничивающие факторы известных методов. Технический прогресс, продуцирующий материалы с новыми свойствами, требует создания подходов для исследования характеристик и возможностей применения таких материалов, а также, возможно, прогнозирования направлений современного материаловедения. Проанализированы технические приемы, которые могут обеспечить дальнейший прогресс в технике высокотемпературной дилатометрии. Представленный обзор обращен к исследователям – метрологам, материаловедам, физикам, работающим в области дилатометрии, а также к специалистам, создателям средств измерений.
Об авторах
Т. А. Компан
ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Компан Татьяна Андреевна – д-р техн. наук, главный научный сотрудник лаборатории государственных эталонов и научных исследований в области теплового расширения и комплексного термического анализа
190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19
С. В. Кондратьев
ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Кондратьев Сергей Валерьевич – научный сотрудник лаборатории государственных эталонов и научных исследований в области теплового расширения и комплексного термического анализа
190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19
Список литературы
1. Tunable thermal expansion in functionalized 2D boron nitride: a first-principles investigation / Sk. M. Hossain [et al.] // Preprint. arXiv:2504.20443 [cond-mat.mtrl-sci]. Submitted on 29 April 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.20443
2. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Статистическая физика : 2 издание, переработанное. М. : Наука, 1964. 568 с.
3. Handbuch der Physik. Bd. 1. Geschichte der Physik, Vorlesungstechnik / von E. Hoppe [et al.]. Berlin : J. Springer, 1926.
4. Новикова С. И. Тепловое расширение твердых тел. М. : Наука, 1974. 239 с.
5. Курбанов М. М. Тепловое расширение и изотермическая сжимаемость ТLGАТЕ2 // Неорганические материалы. 2005. Т. 41, № 12. С. 1449–1451.
6. Бодряков В. Ю. Корреляция температурных зависимостей теплового расширения и теплоемкости вплоть до точки плавления тантала // Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54, № 3. С. 336–342. https://doi.org/10.7868/S0040364416030029
7. Fischer J., Wendland M. On the history of key empirical intermolecular potentials // Fluid Phase Equilibria. 2023. V. 573. P. 113876. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2023.113876
8. Negative thermal expansion ALLVAR alloys for telescopes / J. A. Monroe [et al.]. In: Advances in Optical and Mechanical Technologies for Telescopes and Instrumentation III : Event SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, Austin, Texas, United States, 2018. Vol. 10706. https://doi.org/10.1117/12.2314657
9. Kuzkin V. A. Comment on “Negative thermal expansion in single-component systems with isotropic interactions” // The Journal of Physical Chemistry A. 2014. Vol. 118, № 41. P. 9793–9794.
10. Negative thermal expansion from 0.3 to 1050 Kelvin in ZrW2O8 / T. A. Mary [et al.] // Science. 1996. Vol. 272, № 5258. P. 90–92. https://doi.org/10.1126/science.272.5258.90
11. Uniaxial negative thermal expansion in a weak-itinerant-ferromagnetic phase of CoZr2H3.49 / Y. Watanabe [et al.] // Preprint. arXiv:2509.20765 [cond-mat.mtrl-sci]. Submitted on 25 September 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.20765
12. Measurement of thermal expansion over a wide range of temperatures by a pushrod dilatometer / D. Kim [et al.] // Journal of the Korean Physical Society. 2020. Vol. 77, Iss. 6. P. 496–504. https://doi.org/10.3938/jkps.77.496
13. Thermal expansion coefficient of steels used in LWR vessels / J. E. Daw [et al.] // Journal of Nuclear Materials. 2008. Vol. 376, Iss. 2. P. 211–215. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.02.088
14. Fitzer E., Weisenburger S. Cooperative measurement of the thermal expansion behavior of different materials up to 1000 °C by pushrod dilatometers // AIP Conference Proceedings. 1972. Vol. 3, Iss. 1. P. 25–35. https://doi.org/10.1063/1.2948565
15. Iwashita N. Temperature dependence of the coefficient of thermal expansion of different artificial graphites and the dimensional change during heat treatment of carbonized specimens // Tanso. 2019. № 289. P. 148–153. https://doi.org/10.7209/tanso.2019.148
16. Iwashita N. Development of high temperature property measurements for artificial graphite materials and their analysis // Tanso. 2019. № 288. P. 91–102. https://doi.org/10.7209/tanso.2019.91
17. Boboqambarova M. A., Nazarov A. V. Modeling changes in atomic structure around a vacancy with increasing temperature and calculation of temperature dependences of vacancy characteristics in bcc iron // Preprint. arXiv:2510.08877 [cond-mat.mtrl-sci]. Submitted on 10 October 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.08877
18. Combined synchrotron X-ray diffraction, dilatometry and electrical resistivity in situ study of phase transformations in a Ti2AlNb alloy / V. A. Esin [et al.] // Materials Characterization. 2020. Vol. 169. P. 110654. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110654
19. In situ synchrotron X-ray diffraction and dilatometric study of austenite formation in a multi-component steel: Influence of initial microstructure and heating rate / V. A. Esin [et al.] // Acta Materialia. 2014. Vol. 80. P. 118–131. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.07.042
20. In-situ synchrotron x-ray diffraction and thermal expansion of TiB2 up to ~3050 °C / E. S. Converse [et al.] // Journal of the European Ceramic Society. 2023. Vol. 43, Iss. 8. P. 3005–3012. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.01.050
21. Beynon O. T., Hashibon A. Anharmonic effects in Ge2Sb2Te5 and consequences on thermodynamic stability // Preprint. arXiv:2510.12526 [cond-mat.mtrl-sci]. Submitted on 14 October 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.12526
22. Mapping temperature using transmission Kikuchi diffraction / Y. C. Xin [et al.] // Preprint. arXiv:2510.14175v1 [cond-mat.mes-hall] 16 Oct 2025. https://arxiv.org/html/2510.14175v1
23. Ho C. Y., Taylor R. E. Thermal expansion of solids. Materials Park, OH : ASM International, 1998. P. 293.
24. Thermophysical properties of matter – the TPRC data series. Volume 12. Thermal expansion metallic elements and alloys / Y. S. Touloukian [et al.]. New York : IFI–Plenum, 1975. 1442 p.
25. Maglic K. D., Cezairliyanand A., Peletsky V. E. Compendium of thermophysical property measurement methods: Volume 1 Survey of measurement techniques. New York : Springer, 1984. 806 p.
26. Interferometric dilatometer for thermal expansion coefficient determination in the 4–300 K range / G. Bianchini [et al.] // Measurement Science and Technology. 2006. Vol. 17, № 4. P. 689. https://doi.org/10.1088/0957–0233/17/4/013
27. Компан Т. А. Государственный первичный эталон единицы ТКЛР твердых тел. В кн. : Российская метрологическая энциклопедия. СПб. : Лики России, 2001. С. 461–463.
28. Компан Т. А., Коренев А. С., Лукин А. С. Контроль погрешности и обеспечение достоверности результатов измерения фазового сдвига в интерференционном дилатометре // Измерительная техника. 2007. № 4. С. 18–22.
29. Roberts R. B. Absolute dilatometry using a polarization interferometer // Journal of Physics E: Scientific Instruments. 1981. Vol. 14, № 12. P. 1386–1388.
30. Bennett S. J. An absolute interferometric dilatometer // Journal of Physics E: Scientific Instruments. 1977. Vol. 10, № 5. P. 525. https://doi.org/10.1088/0022–3735/10/5/030
31. Oikawa N., Maesono A., Tye R. P. Thermal expansion measurements of quartz glass. In: Gaal P., Apostolescu D. Thermal conductivity 24, Thermal expansion 12. Lancaster : Technomic, 1999. P. 405–414.
32. Masuda K., Erskine D., Anderson O. L. Differential laser-interferometer for thermal expansion measurements // American Mineralogist. 2000. Vol. 85. P. 279–282.
33. Escalona R., Rosi C. Frequency modulated wave interferometry for thermal expansion measurements // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, Guanajuato, Mexico, 18–22 September 1995 / edit: D. Malacara-Hernandez [et al.]. Guanajuato, Mexico : 1996. Vol. 2730. P. 414–417.
34. Miiller A. P., Cezairliyan A. High-Speed interferometric techniques for thermal expansion measurements at high temperatures. In: Ho C. Y., Taylor R. E. Thermal Expansion of Solids. United States of America : ASM International, 1998. P. 245–242.
35. Measurement of the thermal expansion coefficient for ultra-high temperatures up to 3000 K / T. A. Kompan [et al.] / International Journal of Thermophysics. 2018. Т. 39, № 3. P. 40. https://doi.org/10.1007/s10765-017-2353-0
36. Козловский Ю. М., Станкус С. В. Тепловое расширение окиси бериллия в интервале температур 20–1550 °C // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52, № 4. С. 563–567. https://doi.org/10.7868/S0040364414030168
37. Козловский Ю. М., Станкус С. В. Плотность и тепловое расширение диспрозия в интервале температур 110-1950 K // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22, № 4. С. 521–528.
Рецензия
Для цитирования:
Компан Т.А., Кондратьев С.В. Измерения теплового расширения при высоких температурах: состояние и перспективы повышения точности средств измерений. Эталоны. Стандартные образцы. 2025;21(4):99-111. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2025-21-4-99-111
For citation:
Kompan T.A., Kondratev S.V. Thermal Expansion Measurements at High Temperatures: State and Prospects for Enhancing Measurement Accuracy. Measurement Standards. Reference Materials. 2025;21(4):99-111. (In Russ.) https://doi.org/10.20915/2077-1177-2025-21-4-99-111
Просмотров:
58
JATS XML
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
Послать статью по эл. почте 
