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Um dilatómetro é um dispositivo de medição para registar a expansão térmica de uma amostra de material. Os resultados da medição são utilizados para calcular o
coeficiente de expansão térmica
(CTE = Coeficiente de Expansão Térmica) é calculado a partir dos resultados da medição. Este parâmetro do material indica a alteração relativa no comprimento da amostra com uma alteração de temperatura por Kelvin na unidade de medida [1/K].
Os valores do CTE são, portanto, dependentes da temperatura e estão na gama de alguns milionésimos por Kelvin para materiais sólidos. As alterações absolutas esperadas no comprimento das amostras são correspondentemente pequenas. Por conseguinte, é necessário um dispositivo de medição muito preciso para obter resultados fiáveis.
Tipos de dilatómetros
A natureza da amostra e a gama de temperaturas a analisar determinam os requisitos que um suporte de amostras deve cumprir. Um dilatómetro de haste é muito adequado para substâncias sólidas que mantêm o seu estado agregado dentro da gama de temperaturas pretendida.
O comportamento dos materiais aquecidos até ao seu ponto de amolecimento ou de fusão pode ser observado opticamente através de um microscópio de aquecimento microscópio de aquecimento. Outro método de ensaio baseia-se na utilização de extensómetros, que são colados em toda a superfície da amostra e analisados através de uma ponte de medição de resistência.
Função do dilatómetro de haste
Os dilatómetros de vareta são constituídos por um forno (à direita na figura), o suporte de amostras (ao centro na figura) e a unidade de registo e avaliação dos valores medidos (sensor LVDT à esquerda na figura).
A amostra (amostra vermelha na imagem) está localizada num tubo feito de vidro de quartzo ou cerâmica. Está firmemente ligada a uma haste (êmbolo amarelo fino, à frente da amostra vermelha), que transmite a alteração do comprimento da amostra para registar o valor medido.
Aí, a alteração absoluta do comprimento de todo o sistema é determinada e convertida para os valores CTE da amostra de material, utilizando os dados conhecidos do sistema de medição e as dimensões da amostra. O forno pode ser utilizado para realizar quaisquer curvas de temperatura com diferentes velocidades de aquecimento e arrefecimento e pontos de paragem.
O resultado é a alteração do comprimento da amostra em função da temperatura.
Áreas de aplicação dos dilatómetros de haste
Coeficiente de expansão térmica
O coeficiente de expansão térmica é um parâmetro importante para o desenvolvimento de materiais compósitos. O betão armado, por exemplo, só pode ser utilizado na construção porque o aço e o betão têm o mesmo valor CTE.
As diferenças de temperatura nos materiais conduzem a tensões mecânicas. As áreas com temperaturas elevadas expandem-se mais do que as áreas mais frias.
Evitar ou reduzir estas tensões pode ser conseguido através do desenvolvimento e utilização de materiais com um coeficiente de expansão muito baixo.
Transições de fase
As propriedades macroscópicas dos sólidos cristalinos dependem diretamente da própria estrutura cristalina.
No entanto, a maioria dos materiais pode existir em várias modificações e, portanto, para além da temperatura de fusão e evaporação, também tem transições de fase dependentes da pressão e da temperatura em que o estado agregado não se altera.
No entanto, a transição de fase de uma estrutura cristalina para outra, tal como o próprio processo de cristalização, é muitas vezes claramente visível na alteração do aumento da curva coeficiente de expansão-temperatura e pode, por isso, ser muito bem mapeada utilizando uma medição com o dilatómetro.
As transições de fase rápidas ou as que requerem uma pressão de contacto definida, como a transformação de martensite, ferrite ou austenite em aços, podem também ser bem mapeadas utilizando o dilatómetro adequadamente modificado.
Temperaturas de sinterização
Durante a sinterização, os materiais cerâmicos ou metálicos em pó são pré-formados num corpo verde e depois cozidos juntos a temperaturas e pressões definidas com precisão. Na prática, este processo é conhecido, por exemplo, na indústria da porcelana. A mistura em pó de caulino (argila de porcelana), feldspato e quartzo é sinterizada durante o processo de cozedura, tornando-se assim impermeável.
As temperaturas óptimas para cada fase de sinterização podem ser determinadas utilizando a curva fornecida pelo dilatómetro.
