Spis treści
Dylatometr to urządzenie pomiarowe służące do rejestrowania rozszerzalności cieplnej próbki materiału. Wyniki pomiarów są wykorzystywane do obliczania
współczynnika rozszerzalności cieplnej
Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE = Coefficient of Thermal Expansion) jest obliczany na podstawie wyników pomiarów. Ten parametr materiałowy wskazuje względną zmianę długości próbki wraz ze zmianą temperatury na Kelwin w jednostce miary [1/K].
Wartości CTE są zatem zależne od temperatury i mieszczą się w zakresie kilku milionowych na Kelwin dla materiałów stałych. Oczekiwane bezwzględne zmiany długości próbek są odpowiednio małe. Do uzyskania wiarygodnych wyników wymagane jest zatem bardzo precyzyjne urządzenie pomiarowe.
Rodzaje dylatometrów
Charakter próbki i zakres temperatur do analizy określają wymagania, które musi spełniać uchwyt próbki. Dylatometr popychaczowy jest bardzo odpowiedni dla substancji stałych, które zachowują swój stan skupienia w zamierzonym zakresie temperatur.
Zachowanie materiałów podgrzanych do temperatury mięknienia lub topnienia można obserwować optycznie za pomocą mikroskopu grzewczego mikroskopu. Inny układ testowy opiera się na wykorzystaniu tensometrów, które są przyklejane do całej powierzchni próbki i analizowane za pomocą rezystancyjnego mostka pomiarowego.
Funkcja dylatometru prętowego
Dylatometry prętowe składają się z pieca (po prawej na zdjęciu), uchwytu próbki (pośrodku na zdjęciu) oraz jednostki do rejestracji i oceny wartości pomiarowych (czujnik LVDT po lewej na zdjęciu).
Próbka (czerwona próbka na zdjęciu) jest umieszczona w rurce wykonanej ze szkła kwarcowego lub ceramiki. Jest ona mocno połączona z prętem (cienki żółty tłok, przed czerwoną próbką), który przekazuje zmianę długości próbki w celu zarejestrowania zmierzonej wartości.
Tam bezwzględna zmiana długości całego systemu jest określana i konwertowana na wartości CTE próbki materiału przy użyciu znanych danych systemu pomiarowego i wymiarów próbki. Piec może być wykorzystywany do realizacji dowolnych krzywych temperaturowych z różnymi prędkościami nagrzewania i chłodzenia oraz punktami zatrzymania.
Wynikiem jest zmiana długości próbki w funkcji temperatury.
Obszary zastosowań dylatometrów prętowych
Współczynnik rozszerzalności cieplnej
Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest ważnym parametrem przy opracowywaniu materiałów kompozytowych. Na przykład beton zbrojony może być stosowany w budownictwie tylko dlatego, że stal i beton mają taką samą wartość współczynnika rozszerzalności cieplnej.
Różnice temperatur w materiałach prowadzą do naprężeń mechanicznych. Obszary o wysokiej temperaturze rozszerzają się bardziej niż obszary chłodniejsze.
Uniknięcie lub zmniejszenie tych naprężeń można osiągnąć poprzez opracowanie i zastosowanie materiałów o bardzo niskim współczynniku rozszerzalności.
Przejścia fazowe
Makroskopowe właściwości krystalicznych ciał stałych zależą bezpośrednio od samej struktury krystalicznej.
Jednak większość materiałów może istnieć w kilku modyfikacjach, a zatem, oprócz temperatury topnienia i parowania, mają również przejścia fazowe zależne od ciśnienia i temperatury, w których stan skupienia nie ulega zmianie.
Jednak przejście fazowe z jednej struktury krystalicznej do drugiej, podobnie jak sam proces krystalizacji, jest często wyraźnie widoczne w zmianie wzrostu krzywej współczynnika rozszerzalności cieplnej i dlatego można je bardzo dobrze odwzorować za pomocą pomiaru dylatometrycznego.
Szybkie przejścia fazowe lub te, które wymagają określonego ciśnienia kontaktowego, takie jak transformacja martenzytu, ferrytu lub austenitu w stalach, można również dobrze odwzorować za pomocą odpowiednio zmodyfikowanego dylatometru.
Temperatury spiekania
Podczas spiekania sproszkowane materiały ceramiczne lub metaliczne są wstępnie formowane w zieloną bryłę, a następnie wypalane razem w precyzyjnie ustalonych temperaturach i ciśnieniach. W praktyce proces ten znany jest na przykład w przemyśle porcelanowym. Sproszkowana mieszanka kaolinu (glinki porcelanowej), skalenia i kwarcu jest spiekana podczas procesu wypalania, dzięki czemu staje się wodoodporna.
Optymalne temperatury dla poszczególnych etapów spiekania można określić za pomocą krzywej dostarczonej przez dylatometr.
