彈性模量的物理意義和測(cè)定方法

材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變的比值稱為彈性模量。以E表示彈性模量，則E=或=E（式中表示應(yīng)力，ε表示應(yīng)變）。彈性模量是衡量材料彈性形變能力的指標(biāo)，彈性模量E可定義為“產(chǎn)生單位彈性形變時(shí)所需的應(yīng)力大小”，彈性模量越大，要產(chǎn)生一定的彈性變形所需的應(yīng)力越大，或者說在一定應(yīng)力下所產(chǎn)生的彈性變形越小。人造石墨材料基本上屬于脆性材料，在室溫時(shí)受到一定的應(yīng)力后容易發(fā)生脆性斷裂，而且往往在較小的彈性變形之后發(fā)生。通過對(duì)炭和石墨制品彈性模量的測(cè)定，結(jié)合其他指標(biāo)可以判斷制品的高溫性能，如抗熱震性。在其他物理指標(biāo)不變的情況下，降低彈性模量有助于提高抗熱震性。彈性模量對(duì)石墨電極的性能設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用都有重要意義。

測(cè)定材料彈性模量的方法有三種:

1.縱彈性模量為材料受到壓縮或拉伸時(shí)產(chǎn)生單位彈性形變所需的應(yīng)力大小，也稱楊氏模量；

2.剪切彈性模量（剛性模量）為材料處在剪切彈性變形階段中剪應(yīng)力和剪應(yīng)變的比例關(guān)系；

3.體積彈性模量為物體各方面受到均勻的壓強(qiáng)時(shí)應(yīng)力與體積變化的比值。在沒有特別注明的場(chǎng)合，提到的彈性模量一般是指縱彈性模量（即楊氏模量）

中國炭素廠測(cè)定彈性模量的標(biāo)準(zhǔn)方法（GB3074.2—82）為聲頻共振法，其結(jié)果為縱彈性模量。測(cè)定裝置如圖3-2所示，待測(cè)試樣加工成一定規(guī)格的棒狀，夾在支架上，在試棒的下端接上頻率可以改變的超聲波發(fā)射器，在超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波的作用下，試棒開始作相應(yīng)的振動(dòng)，這種試棒產(chǎn)生的振動(dòng)傳送到靈敏度很高的接收器，經(jīng)過放大輸送到示波器，在示波器的屏幕上就出現(xiàn)振動(dòng)的波形。不斷地改變超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波頻率，此時(shí)試棒的振動(dòng)也隨之變化，當(dāng)超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波的頻率與試棒的固有頻率相等時(shí)，試棒的振動(dòng)達(dá)到最強(qiáng)，也就是出現(xiàn)了共振現(xiàn)象，此時(shí)在示波器的屏幕上將出現(xiàn)最大的振幅，這個(gè)和最大振幅相應(yīng)的發(fā)射頻率就是試棒的共振頻率。已知試棒的形狀、大小和密度，就能計(jì)算出超聲波在其中的傳播速度，從而求得試棒的彈性模量。對(duì)整根石墨電極的彈性模量測(cè)定可采用聲速法，通過試樣的聲波速度越高則彈性模量越大，聲速法測(cè)定的中國標(biāo)準(zhǔn)為GB9974—88圖3-3為聲速法測(cè)定彈性模量裝置示意圖聲速與彈性模量的關(guān)系如下

E=CXDV2

式中彈性模量，單位為kPa；

C—校正系數(shù)，石墨為0.933；

Db試樣的密度，單位為g/cm3；

聲速，單位為m/s

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