دیلاتومتری تکنیکی برای اندازه گیری میزان انبساط یا انقباض مواد جامد، پودر، چسب یا مایعات طی حرارت دادن یا خنک کردن است. و در آلیاژها استفاده می شود. این تکنیک از تغییر حجم مرتبط با تقریباً تمام انتقالات استفاده میکند. و تغییر طول نمونه را هنگام گرم شدن و سرد شدن با سرعت ثابت اندازهگیری میکند.
روابط طول در مقابل زمان و دما در برابر زمان به طور همزمان اندازه گیری می شوند. تا منحنی طول در مقابل دما را رسم کنند. منحنی دیلاتومتری شبیه منحنی خنک کننده در TA است. و دمای انتقال فاز را می توان تعیین کرد.
منحنی دیلاتومتری فولاد کربنی در هنگام گرمایش و سرمایش در شکل نشان داده شده است.
واضح است که در طی فرآیند گرمایش، با تبدیل نمونه از فاز α (bcc) به فاز γ (fcc)، حجم منقبض میشود و با سرد شدن حجم افزایش مییابد.
شکل 1. تغییر نرخ انبساط به عنوان تابعی از دما برای فولاد کربنی (C: 0.59٪، P: 0.024٪، منگنز: 0.92٪، S: 0.033٪، Si: 0.25٪، به وزن٪٪).
دیلاتومتر از یک عنصر حسگر مانند مبدل، خازن متغیر و گیج تشکیل شده است. که توسط نمونه قرار گرفته در کوره فعال می شود. تغییرات طول با استفاده از میله فشار به سنسور منتقل می شود. دیلاتومتر برای ثبت خودکار مطالعات انبساط حرارتی در جای دیگری توضیح داده شده است.
نمونه در یک گوشته حرارتی محصور شده است. که با عبور گاز گرم یا سرد می شود. دماها توسط یک ترموکوپل اندازه گیری شده و بر روی یک محور ضبط کننده X-Y رسم می شوند و تغییرات طول به طور همزمان ثبت می شود.
روش دیلاتومتری
روش دیلاتومتری یک تکنیک دینامیک مهم با حساسیت بالا است. برای بررسی چندین انتقال فاز که مشاهده آنها توسط TA دشوار است، استفاده شده است. هنگام مطالعه تغییرات فاز حالت جامد با TA، اثر پسماند ممکن است منجر به اختلاف دمای انتقال فاز (Tp) از دو فرآیند شود.
برای مثال، Tp در فرآیند گرمایش بسیار بالاتر از فرآیند خنکسازی است. این مشکل را می توان به راحتی با استفاده از روش دیلاتومتری حل کرد. که در آن نمونه ها را می توان در هر دمایی برای مدت زمان کافی برای رسیدن به تعادل فاز نگه داشت.
از آنجایی که نرخ گرمایش یا سرمایش این روش می تواند بسیار کمتر از روش TA باشد. اثر پسماند به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این مزیت در تعیین واکنش های حالت جامد آشکارتر است. لازم به ذکر است که نمونه های اندازه گیری دیلاتومتری باید دارای ترکیب یکنواخت و ابعاد دقیق باشند.
دیلاتومتری و آنالیز حرارتی مکانیکی
دیلاتومتری با تعیین طول یا حجم به عنوان تابعی از دما سروکار دارد. آنالیز حرارتی مکانیکی (TMA) اصطلاحی است که برای دیلاتومتری انجام شده تحت تنش یا بار به کار می رود. از نظر تاریخی، دیلاتومتری و TMA به مترولوژی باستانی باز می گردد.
اندازه گیری طول آشکار از طریق مقایسه جانبی با یک استاندارد انجام می شود. اندازه گیری حجم آشکار از طریق مقایسه با محتوای یک ظرف استاندارد است. بالاترین دقت در اندازهگیری طول توسط تداخل سنجی به دست میآید.
که به عنوان مثال، امکان نگهداری متر استاندارد را با دقت 1 قسمت در 108 فراهم میکند. 0.01٪.
یک نقشه شماتیک از یک دستگاه TMA معمولی در شکل پایین نشان داده شده است. اندازه گیری طول از طریق یک ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی (LVDT) انجام می شود. تغییر در موقعیت هسته، که بدون اصطکاک در سیم پیچ ترانسفورماتور شناور است.
منجر به تغییر خطی در ولتاژ خروجی می شود. نیرویی با متعادل کردن شناور و وزن به نمونه وارد می شود. اندازه گیری در حالت های فشرده سازی، کشش و خمش امکان پذیر است. نرخ گرمایش معمولی از 0.1 تا 40 Kmin-1 متغیر است. محدوده دما از 100 تا 1000 کلوین رایج است، اما دمای بالا TMA تا 2500 K موجود است. اندازه نمونه معمولاً از قدر گرم و سانتی متر است.
یک TMA معمولی از یک فیبر کشیده شده، مانند یک پلی استر (پلی (اتیلن ترفتالات))، به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. در Tg، فیبر به دلیل شل شدن تنها مولکول های نیمه متبلور کوچک می شود. این روند معکوس می شود زیرا مقداری کریستالیزاسیون در دمای پایین باعث تثبیت فیبر می شود. نزدیک به دمای ذوب Tm، فیبر به دلیل جریان بدون محدودیت منبسط می شود. بنابراین جزئیات مربوط به تولید و متغیرهای عملکرد را می توان به سرعت توسط TMA ارزیابی کرد. انبساط، انقباض، انتقال شیشه و ذوب به راحتی توسط TMA قابل اندازه گیری است.
دو پسوند TMA عبارتند از:
دو پسوند TMA عبارتند از: تعیین فشار-حجم-دما و تجزیه و تحلیل مکانیکی دینامیکی. اولی منجر به توابع تعادل حالت می شود و برای بسیاری از مواد تا محدوده گیگا پاسکال در دسترس است و بسیاری از اشکال کریستالی با فشار و دمای بالا را آشکار می کند. مورد دوم شامل تعیین تنش-کرنش وابسته به زمان در دماهای مختلف است و برای تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی (الاستیسیته و ویسکوالاستیسیته) اساسی است.