آزمایش ضریب انبساط حرارتی خطی (CLTE/CTE)

آزمایش ضریب انبساط حرارتی خطی (CLTE/CTE)

ضریب انبساط حرارتی خطی (CLTE) تغییر طول یک ماده را بسته به دما توصیف می‌کند. بین ضریب متوسط ​​انبساط حرارتی خطی و ضریب فیزیکی (دیفرانسیلی) انبساط حرارتی خطی تمایز قائل می‌شوند. ضریب متوسط ​​انبساط حرارتی خطی به صورت شیب خط قاطعی که از دو نقطه منحنی انبساط حرارتی می‌گذرد، تعریف می‌شود. ضریب فیزیکی (دیفرانسیلی) انبساط حرارتی خطی، شیب منحنی انبساط در دمای معین است. بنابراین، با مشتق اول منحنی انبساط حرارتی نسبت به دما مطابقت دارد.

آزمایش ضریب انبساط حرارتی خطی (CLTE/CTE)

انبساط یا انقباض حرارتی زمانی رخ می‌دهد که یک ماده در معرض تغییر دما قرار گیرد و بنابراین منجر به تغییر در ابعاد کلی و سایر خواص فیزیکی می‌شود. این اثر در گازها و مایعات بارزتر است، اما در جامدات نیز مشهود است. مواد نرم‌تر، مانند پلیمرهای تقویت نشده، به ازای هر درجه تغییر دما، سطوح بیشتری از تغییر ابعاد را تجربه می‌کنند.

وقتی صحبت از پردازش پلیمرها می‌شود، گرما همیشه بخشی از معادله است. افزایش دما در هر پلیمر یا کامپوزیتی می‌تواند منجر به تغییرات قابل توجه در ابعاد، تاب برداشتن قطعه یا تنش داخلی شود. بنابراین، برای طراحان بسیار مهم است که بدانند یک ماده در طول عملیات ماشینکاری چه مقدار انبساط حرارتی را متحمل می‌شود.

یکی از آزمایش‌هایی که مهندسان و طراحان برای اندازه‌گیری پایداری ابعادی یک ماده تحت تأثیر گرما استفاده می‌کنند، ضریب انبساط حرارتی خطی است. این شرکت‌ها برای اطمینان از ابعاد و خواص بهینه پلیمرها و کامپوزیت‌های فرآوری‌شده، نهایت دقت را به کار می‌گیرند تا نتایج بی‌نظیری را تضمین کنند.

ضریب انبساط حرارتی خطی با تقسیم انبساط خطی در واحد طول بر تغییر دما محاسبه می‌شود. هنگام گزارش میانگین ضریب انبساط حرارتی، محدوده‌های دمایی باید مشخص شوند. در بسیاری از مواد، ضریب انبساط حرارتی خطی می‌تواند با تغییر دما تغییر کند. این همیشه خطی نیست، اما اغلب برای کاربردهای کم‌اهمیت‌تر یا تخمین‌های سریع، خطی فرض می‌شود.

انبساط حرارتی در مواد باعث ایجاد ترک‌ها و تنش‌های زودرس می‌شود که می‌تواند منجر به شکست قطعه شود. درک این نوع انبساط نه تنها یک نگرانی مالی است، بلکه به تعیین نوع ماده از نظر کیفیت و عملکرد نیز کمک می‌کند. دانستن رفتار ابعادی قطعات ماشینکاری شده در معرض تغییرات دما بسیار مهم است. همچنین تنش‌های حرارتی که می‌توانند رخ دهند و باعث شکست شوند را تعیین می‌کند، زمانی که یک عنصر جامد متشکل از مواد غیرمشابه در معرض دما قرار می‌گیرد (به خصوص هنگام تخمین پیوند کارآمد مواد یا هنگام استفاده از پلاستیک‌ها با فلزات).

رایج‌ترین استانداردهای مورد استفاده برای اندازه‌گیری ضریب انبساط حرارتی خطی در پلاستیک‌ها عبارتند از:

  • ASTM D696-16 روش آزمایش استاندارد برای ضریب انبساط حرارتی خطی پلاستیک‌ها با استفاده از دیلاتومتر سیلیس شیشه‌ای در دمای منفی ۳۰ درجه تا مثبت ۳۰ درجه
  • ASTM E831-19 روش آزمون استاندارد برای انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از آنالیز ترمومکانیکی
  • ASTM E228-17 روش آزمایش استاندارد برای انبساط حرارتی خطی مواد جامد با استفاده از دیلاتومتر میله فشاری
  • ISO 11359 پلاستیک‌ها - آنالیز ترمومکانیکی (TMA)

روش‌های متداول برای تعیین ضریب انبساط حرارتی خطی عبارتند از:

  • دیلاتومتری: تکنیکی که در آن یک بعد از یک ماده تحت بار ناچیز، تحت یک برنامه دمایی کنترل‌شده در یک محیط اتمسفری مشخص، مثلاً با اندازه‌گیری انبساط یا انقباض، اندازه‌گیری می‌شود.
  • تداخل‌سنجی: یک تکنیک تشخیصی و تحقیقاتی است که از پدیده تداخل بین امواج استفاده می‌کند. مشاهده می‌شود که وقتی دو یا چند موج در یک نقطه از فضا همپوشانی دارند، شدت موج حاصل در آن نقطه ممکن است با مجموع شدت امواج اولیه متفاوت باشد.
  • آنالیز ترمومکانیکی: تکنیکی که برای تعیین تغییرات ابعادی یک نمونه نسبت به دما، مانند دمای نرم شدن، دمای انتقال شیشه‌ای و ضریب انبساط حرارتی خطی (CTE) استفاده می‌شود. رایج‌ترین کاربرد این تکنیک، تعیین CTE است.

آزمایش ضریب انبساط حرارتی خطی به دلایل زیر مهم تلقی می‌شود:

  • سازگاری حرارتی: وقتی دو ماده با مقادیر CLTE مختلف (مانند فلز و پلاستیک) به هم متصل می‌شوند، با گرما با سرعت‌های متفاوتی منبسط می‌شوند. این می‌تواند باعث ترک خوردن، تاب برداشتن یا لایه لایه شدن شود، به خصوص در کامپوزیت‌ها یا قطعات الکترونیکی.
  • الکترونیک و نیمه‌هادی‌ها: بردهای مدار (PCB)، بسته‌بندی مدارهای مجتمع (IC) و اتصالات لحیم‌کاری، همگی شامل انبساط و انقباض مواد می‌شوند. CLTE نامتناسب می‌تواند منجر به تنش مکانیکی و شکست در طول چرخه حرارتی شود.
  • مهندسی دقیق: در سیستم‌های هوافضا، نوری یا مکانیکی با تلرانس‌های دقیق، حتی انبساط‌های کوچک نیز مهم هستند. طراحان برای حفظ دقت و ترازبندی باید موادی با CLTE کم یا منطبق با آن انتخاب کنند.
  • چاپ سه بعدی / پلاستیک: در قطعات مبتنی بر پلیمر، مقادیر بالای CLTE می‌تواند منجر به تاب برداشتن در حین خنک شدن شود، به خصوص در فرآیندهایی مانند قالب‌گیری تزریقی یا چاپ سه بعدی.
  • ساختمان‌سازی و ساخت‌وساز: سازه‌هایی که در معرض تغییرات دما قرار دارند باید انبساط را در نظر بگیرند (مثلاً پل‌هایی با درزهای انبساطی). عدم توجه به CLTE می‌تواند منجر به ترک یا پیچ خوردگی 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 ضریب انبساط حرارتی خطی (CLTE/CTE) نیز به مشاغل ارائه می‌شود.

واتساپ