什麼是膨脹係數

絕大多數物件與材質都有著一個特性，溫度升高，尺寸變大；溫度下降，尺寸變小，所謂之熱脹冷縮，物件受到熱而膨脹，受到冷而收縮。

少數材料是非熱脹冷縮的，如下:

• 青銅，為極少數之材質特性，熱縮冷脹；
• 0到4℃水，水在特定溫度範圍內之熱縮冷脹；
• 石英玻璃，線膨脹係數幾乎為零，因此在高精密光學儀器和實驗室設備中廣泛使用，適合在高溫環境下使用。
• 陶瓷，某些高性能陶瓷，如鋁氧化物（Al2O3）和氧化鋯（ZrO2），在高溫下具有低膨脹性，經常應用於電子元件、耐火材料。
• 纖維增強複合材料，有些複合材料使用纖維增強，例如碳纖維複合材料，具有低熱膨脹特性，常見於航太和運動器材中，提供高強度和穩定性。

膨脹係數Thermal  Expansion Coefficient

決定材料之熱脹冷縮的尺寸變化多與少，即是膨脹係數。數值越大，因溫度而尺寸變化就越大；數值越小，因溫度變化而尺寸變化就越小。對於工程和科學應用中之設計和分析至關重要。膨脹係數有以下幾種常見類型：

• 每一單位溫度變化，長度變化量，稱之為線膨脹係數，這是描述材料在一個方向上之熱膨脹特性。公制單位為mm/mm ℃［比較常用］
• 每一單位溫度變化，面積變化量，稱之為面膨脹係數，這是描述材料在兩個方向上（即面積）之熱膨脹特性。公制單位為mm²/mm² ℃
• 每一單位溫度變化，體積變化量，稱之為體積膨脹係數，這是描述材料在三個方向上（即體積）之熱膨脹特性。公制單位為mm³/mm³ ℃

各材質的塑膠膨脹係數，請參閱。

https://www.engineeringtoolbox.com/linear-expansion-coefficients-d_95.html

數據

不同材料(物質)，其膨脹係數不同。當材料是單一物質，建議直接查詢現有的資料，不必自己去計算膨脹係數，找現成之數據。

比較特別之是複合材質(指兩種以上或多項物質混合)，查詢困難的時候，才需要自行實作及計算膨脹係數。有時候知道材料之混合比例，或許能推敲出理論數值。另外，假如是一個未知材料，能夠透過計算出膨脹係數，大略地推測或過濾出可能是屬於哪種材質。

提醒，查找資料時，要特別留意℃和℉單位，要自行轉換。

有什麼好處?

了解膨脹係數之後，在工程設計中非常重要，有助於影響產品精度提高、減少製造浪費、降低組裝難易度、提升產品壽命。

舉例來說:

當在季節性之溫度變化，特別是在一些產品為金屬與塑膠組裝的時候，最為明顯的，造成零件誤差。冬天之時候，組裝很順暢，在夏天之時候，孔位卻跑掉、沒對準，工程師不了解膨脹係數之話，會去修正一次。

當冬天來的時候，發現孔位又跑回去、沒對準，如此反覆造成成本之浪費，如果在第一次產品開發有考量到膨脹係數，就不用花費那麼多之精神、時間、金錢了，所以有些企業採用全天候空調，為減少材料膨脹係數造成之問題。

該怎麼修正?

1. 變更設計
2. 變更材料，受環境溫度影響低之材料。(尺寸安定性-溫度)
3. 預留能熱漲冷縮之尺寸空間

另外，某些商店必須使用空調，保持一定溫度，可以避免商品因熱脹冷縮而在尺寸方面產生誤差。

各種行業之例子：

膨脹係數在各種行業之應用非常廣泛，因為許多工程和製造過程都必須考慮材料在溫度變化下之行為。以下是一些具體例子

• 建築工程：橋梁兩端設計有膨脹接頭，以應對橋面因溫度變化而引起之伸縮，需考慮建材在不同季節之膨脹和收縮。
• 機械設計：氣缸和活塞，確保引擎高溫運轉時各部件之間的間隙保持適當，需要選用膨脹係數相匹配之材料。
• 電子元件：PCB設計，確保電子設備在運作中不會因熱膨脹而損壞，以避免焊點開裂和電路損壞。
• 軸承和軸襯：在高溫運行之機械設備中，選用低膨脹係數之軸承和軸襯材料，確保設備運行穩定。

其他膨脹原因

物質除了會因為溫度升高與下降而改變尺寸(膨脹)之外，還有一個原因就是該物質會吸收水分、流失水分。吸收水分越多，尺寸就越大；反之，水分流失越多，尺寸就越小。例如: 塑膠尼龍。

各材料膨脹係數

以下是一些常見材料之線膨脹係數，這些數值在不同之溫度範圍內可能會有所變化，具體數值以標準參考資料為準。

這些數值表示材料在溫度每升高一攝氏度時，其單位長度之變化量。例如，鋁之線膨脹係數為23×10⁻⁶ /°C，這意味著每升高1°C，1米長之鋁條將增加23μm。

熱脹冷縮尺寸 – 線上計算

熱脹冷縮尺寸，我們提供計算各材料材質熱膨脹及冷收縮後之尺寸變化。如果沒有找到之材質，請選擇相近之材質。