اختبار معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)

اختبار معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)

يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة اعتمادًا على درجة الحرارة. يتم التمييز بين متوسط ​​معامل التمدد الحراري الخطي والمعامل الفيزيائي (التفاضلي) للتمدد الحراري الخطي. يتم تعريف متوسط ​​معامل التمدد الحراري الخطي على أنه ميل القاطع الذي يمر عبر نقطتين من منحنى التمدد الحراري. المعامل الفيزيائي (التفاضلي) للتمدد الحراري الخطي هو ميل منحنى التمدد عند درجة حرارة معينة. وبالتالي، فإنه يتوافق مع المشتق الأول لمنحنى التمدد الحراري بالنسبة لدرجة الحرارة.

اختبار معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)

يحدث التمدد أو الانكماش الحراري عندما تتعرض المادة لتغير في درجة الحرارة وبالتالي يؤدي إلى تغيير في الأبعاد الكلية والخصائص الفيزيائية الأخرى. ويظهر هذا التأثير بشكل أكثر وضوحًا في الغازات والسوائل، ولكنه واضح أيضًا في المواد الصلبة. تتعرض المواد الأكثر ليونة، مثل البوليمرات غير المقواة، لمستويات أكبر من التغير في الأبعاد لكل درجة تغير في درجة الحرارة.

عندما يتعلق الأمر بمعالجة البوليمرات، فإن الحرارة تشكل دائمًا جزءًا من المعادلة. قد تؤدي زيادة درجة الحرارة على أي بوليمر أو مركب إلى تغييرات كبيرة في الأبعاد أو تشوه الأجزاء أو الإجهاد الداخلي. لذلك، من المهم للمصممين أن يفهموا مقدار التمدد الحراري الذي تتعرض له المادة أثناء عمليات التصنيع.

أحد الاختبارات التي يستخدمها المهندسون والمصممون لقياس الاستقرار الأبعادي للمادة تحت تأثير الحرارة هو معامل التمدد الحراري الخطي. تولي الشركات عناية كبيرة لضمان نتائج لا مثيل لها من أجل ضمان الأبعاد والخصائص المثالية للبوليمرات والمركبات المعالجة.

يتم حساب معامل التمدد الحراري الخطي عن طريق قسمة التمدد الخطي لكل وحدة طول على التغير في درجة الحرارة. عند الإبلاغ عن متوسط ​​معامل التمدد الحراري، يجب تحديد نطاقات درجات الحرارة. في العديد من المواد، يمكن لمعامل التمدد الحراري الخطي أن يتغير مع تغير درجة الحرارة. إنه ليس خطيًا دائمًا، ولكن غالبًا ما يُفترض أنه خطي للتطبيقات الأقل أهمية أو التقديرات السريعة.

يؤدي التمدد الحراري في المواد إلى حدوث شقوق وإجهادات مبكرة يمكن أن تؤدي إلى فشل الأجزاء. إن فهم هذا النوع من التوسع ليس مجرد أمر مالي فحسب، بل يساعد أيضًا في تحديد نوع المادة من حيث الجودة والوظيفة. من المهم معرفة السلوك الأبعادي للأجزاء الميكانيكية المعرضة لتغيرات درجة الحرارة. كما أنه يحدد الضغوط الحرارية التي يمكن أن تحدث وتسبب الفشل عندما يتعرض عنصر صلب مكون من مواد غير متشابهة لدرجة الحرارة (خاصة عند تقدير الترابط الفعال للمواد أو عند استخدام البلاستيك مع المعادن).

المعايير الأكثر استخدامًا لقياس معامل التمدد الحراري الخطي في البلاستيك هي:

  • طريقة الاختبار القياسية ASTM D696-16 لمعامل التمدد الحراري الخطي للبلاستيك باستخدام مقياس تمدد السيليكا الزجاجي عند درجة حرارة تتراوح من ناقص 30 درجة إلى موجب 30 درجة
  • ASTM E831-19 طريقة الاختبار القياسية للتمدد الحراري الخطي للمواد الصلبة عن طريق التحليل الحراري الميكانيكي
  • طريقة الاختبار القياسية ASTM E228-17 للتمدد الحراري الخطي للمواد الصلبة باستخدام مقياس تمدد قضيب الدفع
  • ISO 11359 البلاستيك - التحليل الحراري الميكانيكي (TMA)

الطرق المستخدمة عادة لتحديد معامل التمدد الحراري الخطي هي:

  • قياس التمدد: تقنية يتم فيها قياس أحد أبعاد المادة تحت حمل لا يذكر في إطار برنامج درجة حرارة متحكم به في بيئة جوية محددة، على سبيل المثال عن طريق قياس التمدد أو الانكماش.
  • التداخل: هو تقنية تشخيصية وبحثية تستخدم ظاهرة التداخل بين الموجات. يُلاحظ أنه عندما تتداخل موجتان أو أكثر عند نقطة في الفضاء، فإن شدة الموجة الناتجة عند تلك النقطة قد تختلف عن مجموع شدة الموجات الأولية.
  • التحليل الحراري الميكانيكي: تقنية تستخدم لتحديد التغيرات الأبعادية للعينة فيما يتعلق بدرجة الحرارة، مثل درجة حرارة التليين، ودرجة حرارة انتقال الزجاج، ومعامل التمدد الحراري الخطي (CTE). التطبيق الأكثر شيوعا لهذه التقنية هو تحديد CTE.

ويعتبر اختبار معامل التمدد الحراري الخطي مهماً للأسباب التالية:

  • التوافق الحراري: عندما يتم ربط مادتين بقيم CLTE مختلفة (مثل المعدن والبلاستيك)، فإنها تتمدد بمعدلات مختلفة مع الحرارة. يمكن أن يؤدي هذا إلى حدوث تشققات أو تشوهات أو انفصال، خاصة في المواد المركبة أو الإلكترونية.
  • الإلكترونيات وأشباه الموصلات: تتضمن لوحات الدوائر (PCBs)، وتغليف الدوائر المتكاملة (IC)، ومفاصل اللحام جميعها تمدد وانكماش المواد. يمكن أن يؤدي عدم تطابق CLTE إلى إجهاد ميكانيكي وفشل أثناء الدورة الحرارية.
  • الهندسة الدقيقة: في مجال الفضاء والطيران، تعتبر الأنظمة البصرية أو الميكانيكية ذات التسامحات الضيقة، حتى التوسعات الصغيرة مهمة. يحتاج المصممون إلى اختيار المواد ذات CLTEs المنخفضة أو المطابقة للحفاظ على الدقة والمحاذاة.
  • الطباعة ثلاثية الأبعاد / البلاستيك: في الأجزاء القائمة على البوليمر، يمكن أن تؤدي قيم CLTE العالية إلى الانحناء أثناء التبريد، وخاصة في العمليات مثل قولبة الحقن أو الطباعة ثلاثية الأبعاد.
  • البناء والتشييد: يجب على الهياكل المعرضة لتغيرات درجات الحرارة أن تأخذ في الاعتبار التمدد (على سبيل المثال الجسور ذات وصلات التمدد). إن عدم مراعاة CLTE يمكن أن يؤدي إلى حدوث شقوق أو التواءات.

تتمتع مؤسستنا، التي تحاول دعم الشركات من كل القطاعات بمجموعة واسعة من دراسات الاختبار والقياس والتحليل والتقييم التي أجرتها لسنوات، بطاقم عمل قوي يتابع عن كثب التطورات في العالم في مجال العلوم والتكنولوجيا ويحسن نفسه باستمرار. وفي هذا السياق، يتم أيضًا توفير خدمات اختبار معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE) للشركات.

واتس اب