ASTM E831-19 Стандартный метод испытаний линейного теплового расширения твердых материалов с помощью термомеханического анализа

Стандарт «ASTM E831-19 Стандартный метод испытаний линейного теплового расширения твердых материалов с помощью термомеханического анализа», опубликованный Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), описывает метод испытаний для определения технического коэффициента линейного теплового расширения твердых материалов с использованием методов термомеханического анализа. Данный метод испытаний применим к твердым материалам, которые проявляют достаточную твердость во всем диапазоне температур испытания, так что зонд не оставляет вмятин на образце. Рекомендуемый нижний предел коэффициента линейного теплового расширения, измеренного данным методом испытаний, составляет 5 мкм/(м·градус). Метод испытания можно использовать при более низких (или отрицательных) уровнях расширения с меньшей точностью и чувствительностью. Данный метод испытаний применим в диапазоне температур от минус 120 градусов до плюс 900 градусов. Диапазон температур может быть дополнительно расширен в зависимости от используемых приборов и калибровочных материалов.

Все термины и определения, приведенные в стандартах «ASTM E473-21a Стандартная терминология по термическому анализу и реологии» и «ASTM E1142-11 Стандартная терминология по теплофизическим свойствам», действительны для данного метода испытаний, включая термины термического анализа, коэффициент линейного теплового расширения, термодилатометрию и термомеханический анализ. Кроме того, средний коэффициент линейного теплового расширения, изменение длины относительно длины образца при температуре окружающей среды, выражает изменение единичной температуры, определяемой средней температурой диапазона температур измерения.

В этом методе испытаний используется термомеханический анализатор или аналогичное устройство для определения линейного теплового расширения твердых материалов при нагревании с постоянной скоростью. Изменение длины образца регистрируется электронным способом как функция температуры. На основании полученных данных можно рассчитать коэффициент линейного теплового расширения.

Коэффициенты линейного теплового расширения используются, например, для целей проектирования и для определения того, произойдет ли разрушение из-за термического напряжения, если твердое тело, состоящее из двух различных материалов, подвергается изменениям температуры. Данный метод испытаний сопоставим со стандартом «ASTM D3386-00 Стандартный метод испытаний коэффициента линейного теплового расширения электроизоляционных материалов» для испытаний электроизоляционных материалов, но охватывает более общую группу твердых материалов и более конкретно определяет условия испытаний. В этом методе испытаний используется образец меньшего размера и существенно иная аппаратура, чем методы испытаний, определенные в стандартах ASTM E228-22 и ASTM D696-16. Данный метод испытаний может использоваться в исследованиях, принятии спецификаций, соблюдении нормативных требований и обеспечении качества.

В этих испытаниях используются приборы термомеханического анализа. Этот прибор, необходимый для обеспечения минимальных термомеханических аналитических или термодилатометрических возможностей для данного метода испытаний, включает в себя:

• Жесткий держатель образца: изготовлен из инертного материала с низким коэффициентом расширения для центрирования образца в печи и механического крепления образца к основанию.
• Жесткий зонд расширения: инертный материал с низким коэффициентом расширения, который вступает в контакт с силой давления, приложенной к образцу.
• Чувствительный элемент: линейный с минимальным диапазоном 50 мм для измерения смещения жесткого зонда расширения до плюс/минус 2 нм, вызванного изменениями длины образца.
• Датчик веса или силы: для создания постоянной силы от 1 мН до 100 мН (от 0,1 г до 10 г), прикладываемой к образцу через жесткий зонд расширения.
• Печь: Способна обеспечивать равномерный контролируемый нагрев (охлаждение) образца до постоянной температуры или с постоянной скоростью от 2 до 10 градусов/мин в применимом диапазоне температур от минус 150 до плюс 1000 градусов.
• Регулятор температуры: Изотермическое температурное устройство, способное запускать определенную температурную программу, управляя печью в выбранных температурных пределах со скоростью изменения температуры от 2 до 10 градусов в минуту, с фиксированным значением плюс/минус 0,1 градуса в минуту или плюс/минус 0,5 градуса.
• Датчик температуры: может быть прикреплен к образцу, находиться с ним в контакте или размещаться в непосредственной близости от образца и может показывать температуру с точностью плюс/минус 0,5 градуса.
• Средство поддержания среды вокруг образца инертного газа при скорости продувочного газа от 10 мл/мин до 50 мл/мин. Обычно, когда возникает проблема окисления на воздухе, используется азот, аргон или гелий с чистотой более 99 процентов. Если влияние влажности не исследуется, рекомендуется использовать сухой продувочный газ, который необходим для работы при температурах ниже температуры окружающей среды.
• Устройство сбора данных: обеспечивает получение, хранение и отображение измеренных или рассчитанных сигналов, или и того, и другого. Минимальными выходными сигналами, необходимыми для термомеханического анализа, являются изменение линейного размера, температуры и времени.

Охлаждающая способность также необходима при испытаниях для поддержания температуры образца ниже температуры окружающей среды (если необходимо проводить измерения при температуре ниже температуры окружающей среды) или для ускорения охлаждения образца от повышенных температур.

Образцы должны быть длиной от 2 мм до 10 мм и иметь прямые параллельные концы до плюс 7минус 25 мкм. Боковые размеры не должны превышать 10 мм. Могут быть использованы образцы других размеров, но размеры должны быть указаны. Было отмечено, что в некоторых материалах невозможно достичь такого уровня плоскостности и параллельности. Образцы, не соответствующие этим требованиям, могут привести к повышенной потере чувствительности. Образцы обычно измеряются в том виде, в котором они были получены. Если перед испытанием образец подвергался термической или механической обработке, это следует отметить в отчете. Некоторые материалы, особенно композитные, могут потребовать термической обработки для кондиционирования образца перед испытанием с целью устранения напряжений или деформаций. Любая подобная термическая обработка должна быть включена в отчет.

Наша организация, которая на протяжении многих лет стремится оказывать поддержку предприятиям всех секторов посредством широкого спектра испытаний, измерений, анализа и оценочных исследований, имеет сильный штат сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В этом контексте предприятиям также предоставляются услуги по испытаниям в соответствии со стандартом «ASTM E831-19 Стандартный метод испытаний линейного теплового расширения твердых материалов с помощью термомеханического анализа».