彈性模量的物理意義和測定方法

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

測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產生單位彈性形變所需的應力大小，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力和剪應變的比例關系；

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

中國炭素廠測定彈性模量的標準方法（GB3074.2—82）為聲頻共振法，其結果為縱彈性模量。測定裝置如圖3-2所示，待測試樣加工成一定規格的棒狀，夾在支架上，在試棒的下端接上頻率可以改變的超聲波發射器，在超聲波發射器發出的超聲波的作用下，試棒開始作相應的振動，這種試棒產生的振動傳送到靈敏度很高的接收器，經過放大輸送到示波器，在示波器的屏幕上就出現振動的波形。不斷地改變超聲波發射器發出的超聲波頻率，此時試棒的振動也隨之變化，當超聲波發射器發出超聲波的頻率與試棒的固有頻率相等時，試棒的振動達到最強，也就是出現了共振現象，此時在示波器的屏幕上將出現最大的振幅，這個和最大振幅相應的發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。對整根石墨電極的彈性模量測定可采用聲速法，通過試樣的聲波速度越高則彈性模量越大，聲速法測定的中國標準為GB9974—88圖3-3為聲速法測定彈性模量裝置示意圖聲速與彈性模量的關系如下

E=CXDV2

式中彈性模量，單位為kPa；

C—校正系數，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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