ASTM E831-19 Katı Malzemelerin Termomekanik Analizle Doğrusal Termal Genleşmesi İçin Standart Test Yöntemi

Amerikan Test ve Malzeme Kuruluşu (ASTM) tarafından yayınlanan “ASTM E831-19 Katı malzemelerin termomekanik analizle doğrusal termal genleşmesi için standart test yöntemi” standardında, termomekanik analiz tekniklerini kullanarak katı malzemelerin doğrusal termal genleşmesinin teknik katsayısını belirlemeye yönelik bir test yöntemi açıklanmaktadır. Bu test yöntemi, algılama probunun numunede girinti oluşturmaması için test sıcaklık aralığı boyunca yeterli sertlik gösteren katı malzemelere uygulanabilir. Bu test yöntemi ile ölçülen doğrusal termal genleşme katsayısının önerilen alt sınırı 5 µm/(m·derece)’dir. Test yöntemi, daha düşük (veya negatif) genleşme seviyelerinde, daha az doğruluk ve hassasiyetle kullanılabilir. Bu test yöntemi eksi 120 derece ile artı 900 derece arasındaki sıcaklık aralığına uygulanabilir. Sıcaklık aralığı, kullanılan enstrümantasyona ve kalibrasyon malzemelerine bağlı olarak daha fazla sgenişletilebilir.

“ASTM E473-21a Termal analiz ve reoloji ile ilgili standart terminoloji” ve “ASTM E1142-11 Termofiziksel özelliklerle ilgili standart terminoloji” standartlarında verilen termal analiz terimleri, doğrusal termal genleşme katsayısı, termodilatometri ve termomekanik analiz dahil olmak üzere tüm terimler ve tanımlar bu test yöntemi için geçerlidir. Ayrıca doğrusal termal genleşmenin ortalama katsayısı, ortam sıcaklığında numune uzunluğuna göre uzunluktaki değişim, ölçüm sıcaklık aralığının orta noktası sıcaklığı ile tanımlanan bir birim sıcaklıktaki değişimi ifade eder.

Bu test yöntemi, sabit bir ısıtma oranına tabi tutulduğunda katı malzemelerin doğrusal termal genleşmesini belirlemek için bir termo-mekanik analizör veya benzeri bir cihaz kullanır. Numune uzunluğundaki değişim, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak elektronik olarak kaydedilir. Doğrusal termal genleşme katsayısı bu kaydedilen verilerden hesaplanabilir.

Doğrusal termal genleşme katsayıları, örneğin tasarım amaçları için ve iki farklı malzemeden oluşan katı bir gövde sıcaklık değişimlerine maruz kaldığında termal stres nedeniyle arıza meydana gelip gelmeyeceğini belirlemek için kullanılır. Bu test yöntemi, elektriksel yalıtım malzemelerini test etmek için “ASTM D3386-00 Elektrik yalıtım malzemelerinin doğrusal ısıl genleşme katsayısına yönelik standart test yöntemi” standardı ile karşılaştırılabilir, ancak daha genel bir katı malzeme grubunu kapsar ve test koşullarını daha özel olarak tanımlar. Bu test yöntemi, ASTM E228-22 ve ASTM D696-16 standartlarında tanımlanan test yöntemlerinden daha küçük bir numune ve önemli ölçüde farklı bir cihaz kullanır. Bu test yöntemi araştırma, şartname kabulü, düzenleyici uyumluluk ve kalite güvencesinde kullanılabilir.

Bu testlerde termomekanik analiz cihazları kullanılmaktadır. Bu test yöntemi için minimum termomekanik analitik veya termodilatometrik kapasite sağlamak için gereken bu cihaz şunları içerir:

• Sert numune tutucu: Numuneyi fırında ortalamak ve numuneyi mekanik zemine sabitlemek için inert, düşük genleşme katsayılı genleşme malzemesinden yapılmıştır.
• Sert genleşme probu: Numuneye uygulanan bir basınç kuvvetiyle temas eden, inert, düşük genleşme katsayısına sahip genleşme malzemesidir.
• Algılama elemanı: Numunenin uzunluğundaki değişikliklerden kaynaklanan artı/eksi 50 nm’ye kadar sert genleşme probunun yer değiştirmesini ölçmek için minimum 2 mm aralığında doğrusaldır.
• Ağırlık veya kuvvet dönüştürücü: Numuneye sert genleşme probu aracılığı ile uygulanan 1 mn ila 100 mn (0,1 g ila 10 g) sabit bir kuvvet üretmek içindir.
• Fırın: Bir numunenin sabit bir sıcaklığa veya 2 derece/dak ile 10 derece/dak arasında sabit bir oranda, eksi 150 derece ile artı 1000 derece arasındaki uygulanabilir sıcaklık aralığında, tekdüze kontrollü ısıtma (soğutma) sağlama kapasitesine sahiptir.
• Sıcaklık kontrol cihazı: 2 derece/dak ile 10 derece/dak arasında bir sıcaklık değişim hızıyla seçilen sıcaklık sınırları arasında fırını çalıştırarak belirli bir sıcaklık programını yürütme yeteneğine sahip, artı/eksi 0,1 derece/dak’ya sabit veya artı/eksi 0,5 dereceye sabit izotermal bir sıcaklık cihazıdır.
• Sıcaklık sensörü: Numuneye takılabilir, temas halinde olabilir veya numuneye yakın bir yere tekrarlanabilir şekilde yerleştirilebilir ve artı/eksi 0,5 dereceye kadar sıcaklığı gösterebilir.
• 10 mL/dak ila 50 mL/dak temizleme gazı hızında inert gaz numunesi etrafında bir ortam sürdürmenin bir yolu. Genellikle, havadaki oksidasyon bir endişe olduğunda yüzde 99’dan fazla saf azot, argon veya helyum kullanılır. Nem etkileri incelenmeyecekse, kuru temizleme gazının kullanılması önerilir ve ortam altı sıcaklıklarda çalışma için gereklidir.
• Veri toplama cihazı: Ölçülen veya hesaplanan sinyalleri veya her ikisini birden edinme, depolama ve görüntüleme aracı sağlamak içindir. Termomekanik analiz için gereken minimum çıkış sinyalleri doğrusal boyuttaki, sıcaklıktaki ve zamandaki bir değişikliktir.

Testlerde ayrıca ortam altı numune sıcaklığını sürdürmek (ortam altı ölçümler yapılacaksa) veya numunenin yüksek sıcaklıklardan soğumasını hızlandırmak için soğutma kapasitesi gereklidir.

Numuneler 2 mm ile 10 mm arasında uzunlukta olmalı ve artı7eksi 25 µm’ye kadar düz ve paralel uçlara sahip olmalıdır. Yanal boyutlar 10 mm’yi geçmemelidir. Diğer boyutlardaki numuneler kullanılabilir ancak boyutlar rapor edilmelidir. Bazı malzemelerde bu düzeyde düzlük ve paralelliğin elde edilemediği görülmüştür. Bu gereklilikleri karşılamayan numuneler artan bir hassasiyet kaybına neden olabilir. Numuneler genellikle alındığı gibi ölçülür. Numuneye testten önce bir miktar ısı veya mekanik işlem uygulandığında, bu raporda belirtilmelidir. Bazı malzemeler, özellikle kompozitler, stresleri veya bozulmaları gidermek için testten önce numuneyi şartlandırmak için ısıl işlem gerektirebilir. Bu tür bir ısıl işlem rapora dahil edilmelidir.

Yıllardır çok geniş bir yelpazede gerçekleştirdiği test, ölçüm, analiz ve değerlendirme çalışmaları ile her sektörden işletmelere destek olmaya çalışan kuruluşumuz, bilim ve teknoloji alanında dünyada yaşanan gelişmeleri yakından takip eden ve sürekli kendini geliştiren güçlü bir çalışan kadrosuna sahiptir. Bu çerçevede işletmelere “ASTM E831-19 Katı malzemelerin termomekanik analizle doğrusal termal genleşmesi için standart test yöntemi” standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.