1.5.1 铝的物理性质

了解铝的性质对了解铝线生产中的一些现象和问题是有帮助的。而将其数据与铁和铜来对照, 是为了能更好地说明问题。它们的物理性能列于表1-2。

由表可见:

铝的熔点为660℃, 是铜和铁的一半左右。一般情况下, 金属含有杂质时, 熔点稍有降低, 如铝纯度为99.6%时熔点为658.7℃, 99.5%和99.2%时分别为658℃和657℃。

铝的熔点虽低, 但其熔化潜热却比铜与铁都大, 达95 cal/g, 把1 g 660℃的固体铝熔化成660℃的液态铝要用95卡热量, 相当把1 g水升高95℃。

铝、 铜和铁的沸点都在2 400℃以上。

铝的密度为2.7 g/cm3, 是铜和铁的一半还不到。铝中的杂质如铁、 硅、 铜, 以及向铝中添加合金元素, 都会改变其密度。一般, 铜、 锌等密度大于铝的, 则使密度增大, 反之如镁、 硅等密度小于铝的, 则使密度降低。

铝的密度为2.7 t/m3或2.7 g/cm3。铝的密度不足铜与铁的一半, 轻。用密度数据可以目测堆放的体积来估计质量, 反之密度的倒数为m3/t, 则可由质量估算体积。铝, 铜和铁分别为0.37, 0.11和0.13 m3/t。

铝的线膨胀系数是为23.6 μm/m·℃, 每米长, 每度变化23.6 μm。铜和铁的线膨胀系数比铝小, 分别是铝的2/3和1/2。还有面膨胀和体膨胀, 其系数通常以线膨胀系数的2倍和3倍作近似计算。

铝的线膨胀系数随温度升高而增大, 表1-2上给出的是20℃时的值, 而表1-3上给出了不同温度区间的平均值。

随温度升高, 铝的体积膨胀, 密度降低。密度随温度的变化示于表1-4。由表可见, 在660℃熔点时, 固态转变为液态, 此时的密度值有一突变, 因为随温度升高, 原子的振动增强, 使原子间距增大, 体积发生膨胀, 原子间的约束力减弱。温度到达熔点时, 吸收了96 cal/g的熔化潜热。长程有序堆集的原子组态发生崩溃, 成为短程有序, 有很多地方成无序堆集, 这就是液态下的原子组态。正因为如此, 密度值产生突变, 熔化后温度继续升高, 原子堆集的无序部分增多, 有序部分的有序程度进一步降低, 直到沸腾全部成为无序。

铝的比热为0.21 cal/g·℃, 比铜和铁大, 比水小, 说明每升高一度需要的热量比铜和铁多。但用同样的热, 水温变化1℃, 而铝的温度可以变化近5℃。

铝的比热与温度有关, 随温度的升高而增大, 在熔点时也有一突变。关系如表1-5所示。

铝的20℃时的导热率为0.53 cal/(cm·s·℃), 比铁大而比铜小, 也与温度有关, 在熔点处也有突变。液态时的导热率约是固态时的一半。表1-6是铝的导热率与温度的关系。

注: 1 cal=4.184 J。