Dilatometria
Dilatometria
La dilatometria (DIL) è una tecnica in cui si misura la variazione dimensionale (la lunghezza o il volume) di un materiale sottoposto a uno stress trascurabile in funzione della temperatura (ad esempio espansione o contrazione) mentre il materiale è sottoposto ad un programma di temperatura controllata in un’atmosfera specifica.
Nel determinare la variazione dimensionale, si distingue tra coefficienti di espansione lineare e coefficienti di espansione volumetrica.
Un campione rosso in un dilatometro
I seguenti risultati di misurazione possono essere determinati con la dilatometria:
- Determinazione del coefficiente di espansione termica (CTE)
- Espansione termica lineare (ΔL)
- Temperature di sinterizzazione e fasi di sinterizzazione
- Determinazione della transizione vetrosa (Tg)
- Cambiamento di fase
- Ottimizzazione dei processi di combustione
- Variazioni di volume (coefficiente di espansione volumetrica)
- Sinterizzazione a velocità controllata (RCS)
- Decomposizione
- Variazione di densità
Coefficiente di espansione lineare CTE
Il coefficiente di espansione lineare viene utilizzato come parametro per descrivere la variazione di lunghezza. Il campione viene posizionato su un portacampioni inserito in un forno. Un’asta di spinta dello stesso materiale del portacampioni (vetro di quarzo, ossido di alluminio) trasferisce l’espansione termica del campione a un trasduttore di spostamento, che misura lo spostamento. Lo spostamento viene misurato in forma analogica o digitale.
Le dimensioni geometriche dei materiali cambiano al variare della temperatura. Questo fenomeno può essere descritto con il seguente coefficiente di espansione termica lineare (CTE):
CTE lineare = ΔL-1/ΔT-1/L
dove ΔL rappresenta la variazione di lunghezza causata da una variazione di temperatura (ΔT) nella lunghezza (L) del campione.
Il trasduttore di spostamento è saldamente collegato al riferimento. Poiché il riferimento e l’asta di spinta si estendono allo stesso modo durante il riscaldamento, l’espansione del campione viene misurata rispetto al materiale di riferimento. L’espansione termica effettiva del campione è quindi pari al valore misurato dal trasduttore di spostamento più l’espansione di un pezzo di materiale di riferimento della stessa lunghezza del campione.
Dilatometria ottica
La dilatometria ottica può essere utilizzata per analizzare i processi di sinterizzazione e l’espansione termica lineare, in particolare per materiali anisotropi e fragili, nonché per campioni con geometrie complicate. La determinazione termomeccanica senza contatto consente anche di determinare il punto di rammollimento e le temperature di fusione dei materiali.
Come funziona la dilatometria ottica in un dispositivo di misurazione?
Nell’analisi termo-ottica con un dilatometro dotato di fotocamera, il campione viene irradiato con la luce da un lato e le ombre vengono registrate sull’altro lato. Un computer utilizza i dati ottenuti per calcolare la variazione di lunghezza del campione.
Dilatometria ottica – immagine in bianco e nero durante un processo di riscaldamento
I seguenti standard fanno riferimento a questo metodo:
ASTM E831 – Metodo di prova standard per l’espansione termica lineare dei materiali solidi mediante analisi termomeccanica.
ASTM D696 – Questo metodo di prova riguarda la determinazione del coefficiente di espansione termica lineare per i materiali plastici con un coefficiente di espansione superiore a 1 µm/(m.°C) utilizzando un dilatometro per la silice vetrosa.
ASTM E228 – Metodo di prova standard per l’espansione termica lineare dei materiali solidi con un dilatometro a barra di taglio.