روش آزمون استاندارد ASTM E831-19 برای انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از تحلیل ترمومکانیکی

روش آزمون استاندارد ASTM E831-19 برای انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از تحلیل ترمومکانیکی

استاندارد «ASTM E831-19 روش آزمون استاندارد برای انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از تحلیل ترمومکانیکی» که توسط انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) منتشر شده است، یک روش آزمون برای تعیین ضریب فنی انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از تکنیک‌های تحلیل ترمومکانیکی را شرح می‌دهد. این روش آزمایش برای مواد جامدی که سختی کافی را در سراسر محدوده دمای آزمایش نشان می‌دهند، به طوری که پروب حسگر، نمونه را فرورفتگی ندهد، قابل استفاده است. حد پایین توصیه شده برای ضریب انبساط حرارتی خطی اندازه‌گیری شده با این روش آزمایش، 5 میکرومتر بر (متر درجه) است. این روش آزمایش را می‌توان در سطوح انبساط پایین‌تر (یا منفی) با دقت و حساسیت کمتر استفاده کرد. این روش آزمایش برای محدوده دمایی منفی ۱۲۰ درجه تا مثبت ۹۰۰ درجه قابل استفاده است. بسته به ابزار دقیق و مواد کالیبراسیون مورد استفاده، محدوده دما می‌تواند بیشتر نیز گسترش یابد.

روش آزمون استاندارد ASTM E831-19 برای انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از تحلیل ترمومکانیکی

تمام اصطلاحات و تعاریف ارائه شده در استانداردهای «ASTM E473-21a اصطلاحات استاندارد در مورد آنالیز حرارتی و رئولوژی» و «ASTM E1142-11 اصطلاحات استاندارد در مورد خواص ترموفیزیکی» برای این روش آزمون معتبر هستند، از جمله اصطلاحات آنالیز حرارتی، ضریب انبساط حرارتی خطی، ترمودیلاتومتری و آنالیز ترمومکانیکی. علاوه بر این، ضریب متوسط ​​انبساط حرارتی خطی، تغییر طول نسبت به طول نمونه در دمای محیط، تغییر در یک واحد دما را که توسط دمای نقطه میانی محدوده دمای اندازه‌گیری تعریف می‌شود، بیان می‌کند.

این روش آزمایش از یک آنالیزور ترمومکانیکی یا دستگاه مشابه برای تعیین انبساط حرارتی خطی مواد جامد هنگامی که در معرض نرخ گرمایش ثابت قرار می‌گیرند، استفاده می‌کند. تغییر طول نمونه به صورت الکترونیکی به عنوان تابعی از دما ثبت می‌شود. ضریب انبساط حرارتی خطی را می‌توان از این داده‌های ثبت شده محاسبه کرد.

ضرایب انبساط حرارتی خطی، به عنوان مثال، برای اهداف طراحی و تعیین اینکه آیا شکست ناشی از تنش حرارتی هنگامی که یک جسم جامد متشکل از دو ماده مختلف در معرض تغییرات دما قرار می‌گیرد، رخ خواهد داد یا خیر، استفاده می‌شوند. این روش آزمایش با استاندارد «روش آزمایش استاندارد ASTM D3386-00 برای ضریب انبساط حرارتی خطی مواد عایق الکتریکی» برای آزمایش مواد عایق الکتریکی قابل مقایسه است، اما گروه کلی‌تری از مواد جامد را پوشش می‌دهد و شرایط آزمایش را به طور خاص‌تری تعریف می‌کند. این روش آزمایش از نمونه کوچکتر و دستگاهی کاملاً متفاوت از روش‌های آزمایش تعریف شده در استانداردهای ASTM E228-22 و ASTM D696-16 استفاده می‌کند. این روش آزمون می‌تواند در تحقیقات، پذیرش مشخصات، رعایت مقررات و تضمین کیفیت مورد استفاده قرار گیرد.

در این آزمایش‌ها از دستگاه‌های آنالیز ترمومکانیکی استفاده می‌شود. این دستگاه که برای ارائه حداقل قابلیت تحلیلی ترمومکانیکی یا ترمودیلاتومتری برای این روش آزمایش مورد نیاز است، شامل موارد زیر است:

  • نگهدارنده نمونه صلب: ساخته شده از مواد بی‌اثر و با ضریب انبساط کم برای قرار دادن نمونه در مرکز کوره و محکم کردن مکانیکی نمونه به پایه.
  • پروب انبساط صلب: یک ماده انبساطی بی‌اثر با ضریب انبساط پایین که با نیروی فشاری اعمال شده به نمونه در تماس قرار می‌گیرد.
  • عنصر حسگر: خطی با حداقل برد ۲ میلی‌متر برای اندازه‌گیری جابجایی پروب انبساطی صلب تا مثبت/منفی ۵۰ نانومتر ناشی از تغییرات طول نمونه.
  • مبدل وزن یا نیرو: برای تولید نیروی ثابت از 1 تا 100 میلی‌نیوتن (0,1 تا 10 گرم) که از طریق یک کاوشگر انبساط صلب به نمونه اعمال می‌شود.
  • آون: قادر به فراهم کردن گرمایش (سرمایش) کنترل‌شده و یکنواخت نمونه تا دمای ثابت یا با نرخ ثابت بین ۲ درجه در دقیقه و ۱۰ درجه در دقیقه، در محدوده دمایی قابل اجرا از منفی ۱۵۰ درجه تا مثبت ۱۰۰۰ درجه است.
  • کنترل‌کننده دما: یک دستگاه دمای همدما که قادر است با به کار انداختن کوره بین محدوده‌های دمایی انتخاب شده با نرخ تغییر دما بین ۲ تا ۱۰ درجه در دقیقه، با ثابت ماندن روی مثبت/منفی ۰.۱ درجه در دقیقه یا ثابت ماندن روی مثبت/منفی ۰.۵ درجه، یک برنامه دمایی خاص را اجرا کند.
  • حسگر دما: می‌تواند به نمونه متصل شود، در تماس با آن باشد یا به طور مکرر در نزدیکی نمونه قرار گیرد و می‌تواند دما را تا مثبت/منفی 0,5 درجه نشان دهد.
  • وسیله‌ای برای حفظ محیط اطراف نمونه‌ای از گاز بی‌اثر با نرخ گاز پاک‌کننده از 10 میلی‌لیتر در دقیقه تا 50 میلی‌لیتر در دقیقه. معمولاً، وقتی اکسیداسیون در هوا مورد توجه باشد، از نیتروژن، آرگون یا هلیوم با خلوص بیش از ۹۹ درصد استفاده می‌شود. اگر قرار نیست اثرات رطوبت بررسی شود، استفاده از گاز پاک‌کننده خشک توصیه می‌شود و برای کار در دماهای پایین‌تر از دمای محیط الزامی است.
  • دستگاه جمع‌آوری داده‌ها: وسیله‌ای برای جمع‌آوری، ذخیره و نمایش سیگنال‌های اندازه‌گیری شده یا محاسبه شده یا هر دو. حداقل سیگنال‌های خروجی مورد نیاز برای تحلیل ترمومکانیکی، تغییر در بُعد خطی، دما و زمان هستند.

ظرفیت خنک‌سازی همچنین در آزمایش‌ها برای حفظ دمای نمونه در شرایط زیرمحیط (در صورت انجام اندازه‌گیری‌های زیرمحیط) یا برای تسریع خنک‌سازی نمونه از دماهای بالا مورد نیاز است.

نمونه‌ها باید بین ۲ تا ۱۰ میلی‌متر طول داشته باشند و انتهای صاف و موازی تا قطر مثبت و منفی ۲۵ میکرومتر داشته باشند. ابعاد جانبی نباید از 2 میلی‌متر تجاوز کند. نمونه‌هایی با اندازه‌های دیگر نیز می‌توانند استفاده شوند، اما ابعاد باید گزارش شوند. مشاهده شده است که این سطح از صافی و موازی بودن در برخی از مواد قابل دستیابی نیست. نمونه‌هایی که این الزامات را برآورده نکنند، ممکن است منجر به از دست رفتن بیشتر حساسیت شوند. نمونه‌ها معمولاً به محض دریافت، اندازه‌گیری می‌شوند. اگر قبل از آزمایش، مقداری عملیات حرارتی یا مکانیکی روی نمونه اعمال شده باشد، باید در گزارش ذکر شود. برخی از مواد، به ویژه کامپوزیت‌ها، ممکن است برای آماده‌سازی نمونه قبل از آزمایش و از بین بردن تنش‌ها یا اعوجاج‌ها، نیاز به عملیات حرارتی داشته باشند. هرگونه عملیات حرارتی از این قبیل باید در گزارش گنجانده شود.

سازمان ما که سال‌هاست با طیف گسترده‌ای از مطالعات آزمایش، اندازه‌گیری، تحلیل و ارزیابی که انجام می‌دهد، سعی در حمایت از کسب‌وکارها از هر بخشی دارد، دارای کارکنانی قوی است که از نزدیک تحولات جهان در زمینه علم و فناوری را دنبال می‌کنند و دائماً خود را بهبود می‌بخشند. در این زمینه، خدمات آزمایش نیز مطابق با استاندارد «روش آزمایش استاندارد ASTM E831-19 برای انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از آنالیز ترمومکانیکی» به مشاغل ارائه می‌شود.

واتساپ