El coeficiente de expansión térmica es una de las principales propiedades físicas del material, y es un indicador importante de la estabilidad térmica del material.
El fenómeno de que el volumen o la longitud de un objeto aumenta con el aumento de la temperatura se llama expansión térmica.
Entonces, ¿cuál es el coeficiente de expansión térmica?
El coeficiente de expansión térmica se refiere al coeficiente de regularidad que las propiedades geométricas de una sustancia cambian con el cambio de temperatura bajo el efecto de la expansión y la contracción térmica.
Para los materiales utilizados en la industria electrónica, ensamblaje mecánico, aeroespacial, desarrollo nuevo de materiales, ingeniería de construcción y otros campos, es necesario considerar completamente el índice de expansión térmica. Por lo tanto, el coeficiente de expansión térmica del material se mide durante la producción, procesamiento y uso del material. Es de significado muy importante. Usemos ejemplos para comprender la influencia del coeficiente de expansión térmica en la aplicación de materiales.
1. Puede mejorar la estabilidad térmica del producto
Elegir un material con un coeficiente más bajo de expansión lineal puede mejorar la estabilidad térmica del producto y mejorar la seguridad del producto.
2. Puede mejorar la fuerza del producto
Si la capa se forma superponiendo y conectando dos materiales, cuando cambia la temperatura, los valores de expansión de los dos materiales son diferentes. El estrés y la misma magnitud del estrés por tracción se genera en otro material. El uso apropiado de esta característica puede aumentar la fuerza del producto.
3. Es un índice de referencia importante para soldar o soldar
Cuando dos materiales diferentes están soldados o soldados entre sí, se requiere que los dos materiales tengan coeficientes de expansión similares. Si los coeficientes de expansión de los materiales seleccionados son bastante diferentes, debido a las diferentes velocidades de expansión durante la soldadura, se generará estrés en la soldadura, lo que reducirá la resistencia mecánica y la opresión del aire del producto, y en casos severos causará la soldadura. Caerse, explotar, fugas o fugas de aceite.
4. Proporcione una base para nosotros para seleccionar materiales adecuados
Para la selección de materiales para maquinaria de procesamiento a gran escala e instrumentos y equipos de precisión, es necesario considerar la selección de materiales con un pequeño coeficiente de expansión.
Por lo tanto, es de gran importancia medir el coeficiente de expansión térmica de un material.
Expresión de coeficiente de expansión térmica material
El coeficiente de expansión térmica del material tiene el coeficiente de expansión lineal α, el coeficiente de expansión de la superficie β y el coeficiente de expansión de volumen γ. En aplicaciones prácticas, las personas prestan más atención al coeficiente de expansión lineal α y el coeficiente de expansión de volumen γ:
① Coeficiente de expansión lineal
Indica el grado de expansión o contracción del material, que se refiere a la relación de la alargamiento por unidad de longitud del material a su longitud original a temperatura ambiente por cada aumento de 1 ° C de temperatura.
Estrictamente hablando, en un rango de temperatura más grande, el coeficiente de expansión lineal generalmente no es constante, y su valor está estrechamente relacionado con la temperatura. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, se mide el coeficiente de expansión lineal promedio. El coeficiente de expansión lineal promedio se refiere al alargamiento promedio por unidad de longitud del material en un cierto rango de temperatura por cada aumento de 1 ° C de temperatura.
Expresado como: α = ΔL/(L*ΔT)
② coeficiente de expansión corporal
Cuando la temperatura de un objeto cambia en 1 ° C, la relación de su volumen cambia a su volumen a temperatura ambiente. Expresado como: γ = ΔV/(V*ΔT)
Detección de coeficientes de expansión térmica material
Los métodos para medir el coeficiente de expansión térmica de los materiales incluyen el método de medidor de dial, el método mecánico óptico, el método termomecánico de inducción electromagnética, el método de análisis termomecánico estático de TMA, etc. Entre ellos, el método de análisis termomecánico estático de TMA es actualmente el método de prueba más preciso. ¿Cómo probar con TMA? Echemos un vistazo juntos a continuación.
Anytester (Hefei) Co., Ltd. recibió una muestra de un material metálico del cliente. Como se muestra en el diagrama de referencia a continuación, probamos la muestra con el probador de expansión térmica lineal HY8120 y el coeficiente HY8130 del probador de expansión térmica lineal.
(La imagen es solo para referencia, la fuente Veer)
Estándar EST: ASTM E813-19 Método de prueba para medir la expansión térmica lineal de materiales sólidos mediante análisis termomecánico
Condiciones de detección: bajo el entorno de N₂, a una velocidad de 5 ° C/min de -100 ° C a 200 ° C
Obtenga el diagrama de curva de prueba del material:
Finalmente, el coeficiente de expansión térmica lineal de la muestra presentada se muestra en la siguiente tabla:
Estándar de referencia para el coeficiente de expansión térmica lineal de materiales comunes
ISO 11359-1: 2014 Análisis termomecánico de plásticos (TMA) Parte 1: Reglas generales
ISO 11359-2: 1999 Plastics-Termomecánico Análisis (TMA) Parte 2: Método de prueba para la determinación del coeficiente de expansión térmica lineal y la temperatura de transición de vidrio
ASTM E831-19 Método de prueba para medir la expansión térmica lineal de materiales sólidos por análisis termomecánico
GB/T 4339-2008 Determinación de parámetros característicos de la expansión térmica de materiales metálicos
Método IPC-TM-650 2.4.24C TMA para probar la temperatura de transición de vidrio y la expansión térmica del eje z, etc.
Diferentes estándares tienen diferentes requisitos para las muestras y la tasa de calentamiento de la prueba. Por lo tanto, la prueba debe llevarse a cabo de acuerdo con los requisitos específicos de diferentes estándares al probar.
Factores de influencia del coeficiente de expansión térmica
El proceso de medición del coeficiente de expansión lineal se ve afectado por muchos factores. La diferencia en el método de procesamiento y la forma y el tamaño de la muestra es la razón principal de la gran desviación del coeficiente de expansión térmica. Además, durante el proceso de medición, la influencia de los factores ambientales, incluida la temperatura ambiente, la vibración, el ruido, la radiación, etc., cambiará los resultados de la medición.
Por lo tanto, solo al considerar exhaustivamente los factores de influencia del coeficiente de expansión térmica se puede mejorar efectivamente la precisión de la medición del coeficiente de expansión lineal.
