ASTM E831-19 透過熱機械分析對固體材料線性熱膨脹進行的標準測試方法

美國材料與試驗協會（ASTM）發布的標準《ASTM E831-19透過熱機械分析測定固體材料線性熱膨脹的標準試驗方法》描述了一種利用熱機械分析技術測定固體材料線性熱膨脹技術係數的試驗方法。此測試方法適用於在整個測試溫度範圍內表現出足夠硬度的固體材料，以使感測探頭不會壓痕樣品。本測試方法測得的線性熱膨脹係數的建議下限為5µm/(米度)。此測試方法可用於較低（或負）膨脹水平，但準確度和靈敏度較低。此測試方法適用於零下120度至零上900度的溫度範圍。根據所使用的儀器和校準材料，溫度範圍可以進一步擴大。

標準「ASTM E473-21a 熱分析和流變學標準術語」和「ASTM E1142-11 熱物理性質標準術語」中給出的所有術語和定義均適用於本測試方法，包括熱分析術語、線性熱膨脹係數、熱膨脹法和熱機械分析。此外，平均線性熱膨脹係數，即相對於環境溫度下樣品長度的長度變化，表示由測量溫度範圍的中點溫度定義的單位溫度的變化。

此測試方法使用熱機械分析儀或類似裝置來確定固體材料在恆定加熱速率下線性熱膨脹。樣品長度的變化以電子方式記錄為溫度的函數。根據記錄的數據可以計算出線性熱膨脹係數。

例如，線性熱膨脹係數可用於設計目的，以及確定由兩種不同材料組成的固體在受到溫度變化時是否會因熱應力而失效。此測試方法與用於測試電絕緣材料的標準「ASTM D3386-00電絕緣材料線性熱膨脹係數的標準測試方法」相當，但涵蓋了更廣泛的固體材料組，並更具體地定義了測試條件。與 ASTM E228-22 和 ASTM D696-16 標準中定義的測試方法相比，此測試方法使用的樣本較小，且設備也有很大差異。此測試方法可用於研究、規範驗收、法規遵循和品質保證。

這些測試中使用了熱機械分析設備。此測試方法所需的提供最低熱機械分析或熱膨脹能力的儀器包括：

• 剛性樣品架：由惰性、低膨脹係數的材料製成，用於將樣品置於爐子的中心，並將樣品機械固定到底座上。
• 剛性膨脹探頭：一種惰性、低係數膨脹材料，與施加在樣品上的壓力接觸。
• 感測元件：線性，最小範圍為 50 毫米，用於測量由於樣品長度變化引起的剛性膨脹探頭的位移，最大位移量程為正負 2 奈米。
• 重量或力感測器：透過剛性膨脹探頭對樣品施加 1 mn 至 100 mn（0,1 g 至 10 g）的恆定力。
• 烤箱：能夠對樣品進行均勻控制加熱（冷卻）至恆定溫度或以 2 度/分鐘至 10 度/分鐘之間的恆定速率加熱（冷卻），適用溫度範圍為零下 150 度至零上 1000 度。
• 溫度控制器：一種等溫溫度裝置，能夠透過在選定的溫度限制之間操作爐子來運行特定的溫度程序，溫度變化率在 2 度/分鐘到 10 度/分鐘之間，固定為正負 0,1 度/分鐘或固定為正負 0,5 度。
• 溫度感測器：可附著在樣品上、與樣品接觸或可重複地放置在靠近樣品的位置，並可指示正負 0,5 度的溫度。
• 以 10 mL/min 至 50 mL/min 的吹掃氣體速率維持樣品周圍環境的一種方法。一般來說，當擔心空氣中的氧化時，應使用純度高於 99% 的氮氣、氬氣或氦氣。如果不研究濕度的影響，建議使用乾燥吹掃氣體，並且必須在低於環境溫度的溫度下操作。
• 資料擷取設備：提供擷取、儲存和顯示測量或計算訊號（或兩者）的方法。熱機械分析所需的最小輸出訊號是線性尺寸、溫度和時間的變化。

測試中還需要冷卻能力來維持低於環境溫度的樣品溫度（如果要進行低於環境溫度的測量）或加速樣品從高溫冷卻。

樣品長度應在 2 毫米至 10 毫米之間，且兩端應平直且平行，誤差不超過正 7 負 25 微米。橫向尺寸不得超過 10 毫米。可以使用其他尺寸的樣品，但必須報告尺寸。據觀察，某些材料無法達到這種程度的平整度和平行度。不符合這些要求的樣品可能會導致靈敏度損失增加。樣品通常在收到時進行測量。如果在測試之前對樣品進行了一些熱處理或機械處理，則應在報告中註明。某些材料，特別是複合材料，可能需要在測試前進行熱處理來調節樣品，以消除應力或變形。任何此類熱處理都應包括在報告中。

我們的組織多年來一直致力於透過廣泛的測試、測量、分析和評估研究為各行各業的企業提供支持，擁有強大的員工隊伍，密切關注世界科學技術領域的發展並不斷完善自己。在此背景下，也依照《ASTM E831-19熱機械分析測定固體材料線性熱膨脹的標準試驗方法》標準為企業提供檢測服務。