دیلاتومتری یکی از روش های آنالیز خواص فیزیکی برای آنالیز قطعات است. این آزمون در دسته آنالیزهای حرارتی قرار داشته و در آن، تغییرات طول نمونه بر حسب تغییر دما اندازه گیری می شود. کاربرد آنالیز دیلاتومتری ، کنترل کیفی و تعیین ضریب انبساط حرارتی ماده می باشد. تغییر طول مواد مختلف در اثر تغییر دما، با توجه به متفاوت بودن نیروی بین اتمی یا قدرت پیوندها متفاوت است. برای مثال پیوند بین پلیمرها از نوع پیوند مولکولی بوده و در نتیجه در اثر تغییر دما، تغییر طول بیشتری نسبت به سرامیک ها که پیوند کووالانسی و یونی دارند، نشان می دهند. در مورد موادی که پیوند فلزی دارند نیز، حالتی بین این دو وجود دارد.

دستگاه دیلاتومتری

جزئیات آنالیز دیلاتومتری

تغییر طول یک نمونه در اثر تغییر دما که انبساط حرارتی نمونه نامیده می شود، از رابطه زیر به دست می آید:

ΔL = L₀αΔT

که در این رابطه، L₀ طول اولیه نمونه، α ضریب انبساط حرارتی، ΔT تغییر دما و ΔL تغییر طول نمونه است. نکته ای که باید مدنظر داشت این است که، مقدار α با تغییر دما، تغییر می کند و به همین دلیل، در حین انجام این تست، باید به محدوده دمایی که در آن ضریب انبساط حرارتی اندازه گیری می شود، دقت کرد. هم چنین در مواد کریستالی، α وابسته به جهت های بلوری است و برای مواد تک کریستال مقدار آن بسیار متفاوت می باشد. البته برای مواد سرامیکی پلی کریستال، می توان مقدار آن را برای تمامی جهات کریستالی، تقریبا ثابت در نظر گرفت.

دستگاه دیلاتومتری

طول پیوندهای مولکولی ماده در اثر اعمال حرارت و تغییر دما، دچار تغییر می شود. این تغییر به عنوان ضریب انبساط حرارتی در نظر گرفته می شود. طول پیوند ها در اثر ایجاد این تغییر، منبسط یا منقبض می شود. دستگاه دیلاتومتری ، دستگاهی است که می تواند این تغییرات را ثبت کرده و تغییر طول نمونه بر حسب درجه حرارت را بررسی کند.

دستگاه دیلاتومتری و اجزای آن

اجزای دستگاه دیلاتومتری شامل کوره، نگهدارنده نمونه، ترموکوپل های کنترل دما، سیستم ثبت تغییرات جابجایی نمونه، سیستم کنترل دمای کوره و سیستم ثبت دیتاها می باشد. دستگاه دیلاتومتری یک پایه سرامیکی از جنس آلومینا یا کوارتز دارد که نمونه مجهول روی آن قرار می گیرد. در انتهای پایه یک میله وجود دارد که تغییرات انبساطی یا انقباضی نمونه را به یک تبدیل گر منتقل می کند. در نتیجه، تغییر طول نمونه تبدیل به جریان الکتریکی می شود. در نزدیکی نمونه یک ترموکوپل قرار دارد که برای مشخص کردن دمای نمونه می باشد. اجزای دستگاه ديلاتومتري که شامل پایه سرامیکی، میله فشاری و ترموکوپل می شوند، همگی در داخل یک لوله سرامیکی قرار دارند. از یک کوره الکتریکی نیز برای گرم کردن نمونه استفاده می شود. سرعت گرمایش و دمای مورد نظر، قابل تنظیم اند.

دستگاه دیلاتومتری به همراه نمایش اجزای آن

اگر از آنالیز دیلاتومتری برای اندازه گیری ضریب انبساط حرارتی نمونه استفاده می شود، باید توجه داشت، تغییر طولی که دستگاه ديلاتومتري ثبت می کند، فقط تغییر طول نمونه مجهول نیست، بلکه تغییر طول میله فشاری و پایه سرامیکی نیز با آن همراه می باشد. در نتیجه، تصحیح لازم باید اعمال شود تا انبساط نمونه مجهول به درستی اندازه گیری شود. بدین منظور می توان از یک نمونه شاهد که منحنی تغییر طول آن مشخص است استفاده کرد تا انبساط پایه سرامیکی و میله فشاری تعیین شود. پس از تعیین میزان انبساط این دو، به راحتی می توان انبساط نمونه مجهول را به دست آورد. البته این کار، یعنی تعیین میزان انبساط میله و پایه باید به طور متناوب انجام شود، چرا که ریزساختار این دو در اثر گرمایش های پی در پی تغییر می کند.

آماده سازی نمونه برای انجام دیلاتومتری

• برای انجام انالیز دیلاتومتری معمولا از نمونه های استوانه ای یا مکعب مستطیل شکل با طول 5-2 سانتی متر و ضخامت 10-3 میلی متر استفاده می شود.
• سطح نمونه ها باید صاف بوده و نحوه قرار گرفتن آن باید در تماس با میله فشاری و انتهای پایه سرامیکی، به صورت موازی باشد.

قرار دادن نمونه در دستگاه دیلاتومتری

• نمونه را می توان از نمونه اصلی بریده و پس از صیقل دادن سطح آن، برای آنالیز استفاده کرد.
• در مورد نمونه های پودری می توان پودر مورد نظر را در قالب فشرده کرده و یا با کمک دستگاه اکستروژن آن را به نمونه مناسب برای انجام آزمایش تبدیل کرد.

نتیجه آناليز ديلاتومتري

نتیجه این تست به صورت منحنی تغییرات طول نسبت به تغییر دما می باشد. تغییر طول نمونه می تواند به صورت انقباضی و یا انبساطی باشد. برای مثال، شکل زیر یک منحنی نرخ انقباض بر حسب تغییر دما را نشان می دهد. محور عمودی سمت چپ این نمونه درصد انقباض بر حسب دما را نشان می دهد و همان طور که واضح است، با افزایش دما، درصد انقباض تا یک جایی تغییر نکرده و بعد از آن افت شدیدی داشته است و سپس با افزایش بیشتر دما، درصد انقباض تغییری نداشته است.

منحنی دیلامتری درصد انقباض بر حسب تغییرات دما

دیلاتومتری نوری

ديلاتومتري نوری امکان بررسی فرآیند های تف جوشی و انبساط خطی حرارتی، به ویژه برای مواد ناهمسانگرد و شکننده و هم چنین نمونه هایی با هندسه پیچیده را فراهم می کند. در بررسی های ترمودینامیکی بدون تماس، تعیین نقطه نرم شدن و دمای ذوب مواد نیز می توان از این روش استفاده کرد.

دیلاتومتری نوری – تصویر تک رنگ گرفته شده در طول فرآیند گرمایش

در آنالیز های ترمواپتیکال با استفاده از دستگاه دیلامتری مجهز به دوربین، نمونه مورد نظر از یک طرف تحت تابش نور قرار گرفته و سایه ها در سمت دیگر ثبت می شوند. با کمک یک کامپیوتر، داده های تست به دست آمده و تغییر طول نمونه محاسبه می شود.

کاربرد دیلاتومتری

• به منظور به دست آوردن ضریب انبساط حرارتی در انواع مواد مانند سرامیک ها، پلیمرها و فلزات از این روش استفاده می شود.
• دمای زینترینگ و شروع تشکیل ساختار شیشه ای در مواد سرامیکی توسط این روش قابل تعیین است.
• ریزساختار مواد مانند تبلور و دگرگونی های فازی توسط این روش تعیین می شوند.

دستگاه دیلاتومتری

• از این تست برای تعیین دگرگونی های فازی در فولاد ها نیز استفاده می شود.
• با کمک نمودار حاصل از این آزمون، می توان منحنی های CCT و CHT را رسم کرد که با استفاده از آن ها می توان میکروساختارهای ایجاد شده حین سرمایش و گرمایش را بررسی کرد.
• دمای انتقال شیشه ای، تغییرات فازی، تجزیه، تغییر چگالی و تغییرات حجم از جمله پارامترهایی هستند که توسط این تست قابل تعیین می باشند.

خدمات دیلاتومتری                

برای دریافت خدمات دیلاتومتری می توان به موسسات تحقیقاتی، مراکز پژوهشی و آزمایشگاه های آنالیزی مراجعه کرد. از جمله خدمات دیلاتومتری می توان به دریافت نمونه از متقاضی، انجام تست و تحویل نتایج آن اشاره کرد. هم چنین اگر نمونه شما نیاز به آماده سازی شامل برش دهی و صیقل دادن داشته باشد، برخی مراکز این کار را به عنوان خدمات دیلاتومتری انجام می دهند. مراکز پژوهشی و آزمایشگاه ها علاوه بر خدمات دیلاتومتری ، آنالیز ها و آزمایش های دیگری مانند، آنالیز FTIR ، آنالیز VSM ، آزمون زاویه تماس و غیره را نیز ارائه می دهند.

دستگاه دیلاتومتری

هزینه دیلاتومتری

هزینه دیلاتومتری به ازای هر نمونه محاسبه می شود. البته در مورد هزینه دیلاتومتری باید این نکته را گفت که با افزایش دما، هزینه این تست نیز افزایش می یابد. برای مثال هزینه دیلاتومتری در دمای 1100 درجه نسبت به هزینه دیلاتومتری در دمای 1000 درجه سانتی گراد کمی بیشتر می باشد. هم چنین اگر درخواست آماده سازی نمونه داشته باشید، مبلغ آن به هزینه دیلاتومتری افزوده می شود.