Регистрация изменений линейных размеров под действием контролируемой механической нагрузки
Две печи: от –70 °C до 1600 °C.
Контролируемые атмосферы: инертная, окислительная, статическая, динамическая, вакуум, восстановительная, водородная.
Диапазон механического усилия: от 0,001 Н до 3 Н.
Вакуумноплотное исполнение.
Обнаружение изменений линейных размеров под действием контролируемой механической нагрузки в условиях, приближённых к реальным
Пять печей: от –150 °C до 1600 °C
Печь с криостатом: от –70 °C до 450 °C
Контролируемые атмосферы: инертная, окислительная, статическая, динамическая, вакуум, восстановительная, водородная, с заданной влажностью, водяной пар
Диапазон механического усилия: от 0,001 Н до 4 Н
Вакуумноплотное исполнение
Термомеханический анализ (ТМА) - то метод термического анализа, основанный на регистрации деформации (изменения линейных размеров) образца как функции температуры и времени при действии заданной механической нагрузки (сжатия, растяжения, изгиба или пенетрации)
Физико-химическая сущность метода
Сущность метода заключается в том, чтобы зафиксировать, как внешнее воздействие (нагрев или охлаждение) влияет на внутреннюю структуру материала. Это влияние приводит к обратимым (например, тепловое расширение) или необратимым (плавление, размягчение, усадка) изменениям размеров образца и механических свойств.
Метод ТМА, по сути, является развитием классической дилатометрии (измерения теплового расширения), но с более широкими возможностями. В отличие от дилатометрии, где нагрузка минимальна, ТМА использует программируемую нагрузку, что позволяет моделировать реальные условия работы материала.
ТМА позволяет количественно описать связь между температурным полем T, механическим напряжением σ и относительной деформацией ε материала в не изотермических условиях. По сути, это измерение термомеханических свойств, определяемых релаксационными и фазовыми переходами в материале.
В основе метода лежит измерение функции ΔL(T,t,σ), где ΔL - изменение длины (или высоты) образца; T - температура образца в данный момент времени; t - время от начала эксперимента; σ - механическое напряжение, приложенное к образцу Путем дифференцирования получают коэффициент линейного термического расширения (КТР):
где L0 — начальный размер образца.
Если нагрузка не равна нулю, то полное изменение размера образца складывается из двух компонент:
где:
ΔLтерм - чисто тепловое расширение (то, что описывается КТР).
ΔLмех - деформация, вызванная приложенной силой (упругая, вязкая, ползучесть).
Ключевые аналитические параметры
Ключевая особенность ТМА — гибкость в выборе режима измерения. Это позволяет получать информацию о разных свойствах:
- Режим расширения (Expansion Mode): Определяет коэффициент термического расширения (КТР/CTE) и усадку при минимальной нагрузке.
- Режим пенетрации (Penetration Mode): Измеряет температуру размягчения, стеклования и отверждения под нагрузкой с помощью сферического наконечника.
- Режим растяжения (Tension Mode): Применяется для пленок и волокон для оценки термической усадки и прочности.
- Режим изгиба (Bending Mode): Оценивает поведение материалов при трехточечном изгибе.
- Режим ползучести (Creep Mode): Характеризует долговременную деформацию и стабильность при постоянной нагрузке и температуре.
Области применения ТМА
Автомобилестроение
- Контроль качества полимерных деталей салона, уплотнителей, элементов подвески и корпусов электронных блоков.
- Разработка новых материалов для кузовных панелей, обшивки и компонентов электромобилей.
- Анализ отказов для выяснения причин деформации или разрушения деталей в процессе эксплуатации.
Аэрокосмическая промышленность
В авиации и космонавтике к материалам предъявляются повышенные требования в условиях экстремальных температур. ТМА незаменим для тестирования:
- Высокотемпературных композитов, используемых в двигателях и корпусах летательных аппаратов.
- Легких, но прочных сплавов, а также клеевых соединений, работающих в широком диапазоне температур.
Электронная промышленность
Для электроники ТМА критически важный метод:
- Оценки соответствия коэффициентов теплового расширения (КТР) материалов печатных плат (PCB), корпусов микросхем и подложек. Несоответствие КТР — частая причина разрушения паяных соединений.
- Анализа термической стабильности тонких пленок, используемых в гибкой электронике и сенсорах.
- Исследования литий-ионных аккумуляторов, включая термостабильность сепараторов и электролитов.
Строительство и производство строительных материалов
ТМА применяется для контроля качества и испытаний:
- Полимерных труб, оконных профилей, изоляционных материалов, герметиков и клеев.
- Строительной керамики, стекол, глазури и эмалей для оценки их долговечности и устойчивости к перепадам температур.
- Композитной арматуры, заменяющей стальную в химически агрессивных средах.
Материаловедение и металлургия
В этих фундаментальных и прикладных науках ТМА позволяет:
- Изучать фазовые переходы в металлах и сплавах, что важно для разработки режимов термической обработки (закалка, отжиг).
- Исследовать кинетику спекания керамических и металлических порошков при создании новых материалов.
- Анализировать поведение тонких пленок, волокон и покрытий при нагреве