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热膨胀仪DIL 402 Expedis Select & Supreme

发布时间:2020-09-24 10:30:35浏览次数:
耐驰公司新款热膨胀仪 DIL 402 Expedis Select & Supreme 集成了热膨胀测量领域的最尖端技术,为宽广应用领域内的专业级的应用而设计。DIL Expedis 系列的所有型号均基于革命性的 NanoEye 测量系统,在测量范围与精度两方面达到了新的高度。
这一仪器是市面上第一种支持调制力(振荡型载荷)的水平式膨胀仪,通过这一方式,在热膨胀仪与热机械分析仪(TMA)、动态热机械分析仪(DMA)之间架起了桥梁。
Supreme 版配置全面、功能强大,Select 版则可灵活升级。这两个版本为研究开发、与专业化的工业应用量身定做。
每一纳米均纳入计算
量程与分辨率的新的标杆
对于传统的热膨胀仪,测试量程与分辨率这两个参数很难两全:高分辨率只能在很小的量程中实现;如果要得到较大量程,只能牺牲一定的分辨率。
新型自反馈光电位移测量系统 NanoEye 克服了这一技术上的矛盾,能够同时提供最高的分辨率、完美的线性度与无以匹敌的宽广量程。

工作原理
在测试过程中,当样品发生膨胀时,图中所有的绿色部分将在线性导轨(图中蓝色部分)的引导下向后移动,并由光学解码器测出相应的长度变化。

 
仪器特点
最高的灵活性与测样效率
仪器为双炉体结构,可同时安装两个不同的炉体,覆盖从180℃到2000℃的宽广的温度范围。另一配置方案是配备两个相同的炉体交替使用,再结合双杆样品支架、在双样品模式下进行测试,可以极大地缩短测样周期,提高仪器使用效率。
Expedis Select / Supreme 提供了众多的配置选择:单炉体 / 双炉体,手动 / 马达驱动的炉体操作,单 / 双样品支架,管状 / 杆状样品支架,等等等等。丰富的配置是为了适应各类应用场合。

 
自动长度测试与 MultiTouch
传统的热膨胀仪通常使用卡尺进行样品原始长度的测量,这可能增大测量结果的不确定性,特别对于柔软的样品。DIL 402 Expedis 可以在测试开始之前,在与测试本身等同的条件(顶杆接触位置、接触力)下自动测量样品的初始长度。
对于可靠的热膨胀测量,样品在样品支架内具有稳定的置放位置相当关键。DIL 402 Expedis 的 MultiTouch 功能使用独特的尾式顶样操作,自动将样品的置放位置调至最佳。
DIL 402 Expedis 的热电偶位置可以灵活调整,以适应不同的样品长度。通过导向杆,可将热电偶调整至与样品长短相匹配的合适的位置,无需弯曲热电偶。

 
支持 3 路外接气体;可连接到逸出气体分析
如果使用的是三路质量流量控制器(MFC,选件),气体路径在仪器内部是分开的:保护气先经过测量单元,然后进入样品室,而吹扫气(两路)则直接进入样品室,保护气和吹扫气都通过炉体的出气口排出。
DIL 402 Expedis 仪器炉体为真空密闭设计,配备的 SiC 炉体非常适合通过毛细管与 QMS 或者 FTIR 进行联用,在测试过程中对逸出的杂质、添加剂、有机粘合剂及分解产物进行深入研究分析。

技术参数:
• 温度范围:-180 … 2000°C(不同炉体)
• 灵敏度:1nm/0.1nm
• 量程:±10000µm/±25000µm
• 样品载荷:10mN … 3N,可变,可调制(选配)
• 测试模式:单样品/双样品,样品长度自动检测
• 支架类型:氧化铝、熔融石英、石墨
• 测试气氛:真空、氧化、还原、惰性
• 样品形态:固体、液体、粉末
• 专利功能:c-DTA®(选配)、谱图检索(Identify)(选配)、速率控制烧结(RCS)(选配)
• 独创的Nanoeye位移传感及载荷控制技术
• 独创的Multitouch技术


超高温版本
最高温度 2800°C
最宽广的温度范围
我们提供两种不同的石墨炉体,最高温度分别为 2400°C 与 2800°C,提供了合适的配置以测量金属、合金、陶瓷、复合材料等的热膨胀,适用于如航空航天、新能源、石油/天然气、或其他尖端研究领域。
通过适配器,可将石墨炉体替换成标准炉体,例如 SiC,SiO2,Cu 或不锈钢。也可以反过来配置:配备了标准炉体的 DIL 402 Expedis Supreme HT 的测量单元在后续也可改装使用超高温炉体。
高温计,可在最高温度下进行检测
由于 W-Rh 热电偶在 2000°C 以上可能跟石墨反应,DIL 402 Expedis Supreme HT 的样品温度是使用高性能的高温计、以光学方式进行检测的,可从室温一直检测到最高温度。
精心设计的安全系统
仪器拥有精心设计的安全系统,可以对流经测量系统的冷却水与吹扫气流进行实时监控。
可变的气氛
DIL 402 Expedis Supreme HT 的炉体与样品室之间以保护套管(玻璃碳或氧化铝材质)进行隔离,因此可以对样品、以及加热元件使用不同的气氛。在使用氧化铝保护套管(最高温度:1680°C)的情况下,甚至可以为样品使用空气气氛。
仪器可以配备 AutoVac 系统,对样品室进行抽真空与充填,再加上内置的对高温计窗口的吹扫功能,可以有效地在氧化性与惰性氛围间进行直接切换。

DIL 402 Expedis Select/Supreme - 应用实例
 
碳纤维增强碳材料的热膨胀
本例测试的复合材料由作为基体的纯碳和作为添加剂的碳纤维构成。它具有良好的机械强度和热稳定性。最初,这种材料仅应用于航空航天领域。目前,它也被广泛应用于锅炉设备制造、中空玻璃和半导体等行业中。
C/C 材料的热膨胀系数取决于其纤维结构。本例中,测试了 45 度纤维方向(黑线)和0度纤维方向(红线),两条曲线都展现出纤维增强复合材料的特征行为:在 300-400°C 附近达到最小尺寸,随后膨胀。
在 2000°C 时, 45 度纤维方向样品的相对长度变化(dL/L0%)及对应的平均 CTE 分别为 0.155% 和 0.781×10-6 1/K(黑线),而平行纤维方向样品的相对长度变化(dL/L0 %)及对应的平均 CTE 分别为 0.144% 和 0.727×10-6 1/K,前者仅比后者高 7%,这说明材料性能对空间取向的依赖度不高。
分别沿纤维排列方向(红色)和 45 度纤维方向(黑色)取样,对比不同方向 C/C 材料的膨胀性能。
升温速率:5K/min,He 气氛,恒定接触力:225mN,石墨样品支架。
图示为相对长度变化曲线(实线)和以 20 度为参考温度的平均热膨胀系数曲线(m.CTE)(虚线)。


铝合金样品室温到熔融过程体膨胀测量
本测试对铝基合金在加热过程中的行为进行研究。图中所示为体膨胀曲线(dV/V0,黑线)和密度改变曲线(红线),两者均可基于测量得到的热膨胀数据,在 Proteus® 软件中计算获得。
铝合金在经过一段线膨胀过程后在 559°C(c-DTA 的外推起始温度,蓝色虚线)开始融化,须有特殊容器才能进行相应实验。
在熔融过程中样品会有明显膨胀,此时两相区同时存在液态和固态,温度高于 622°C 时,样品完全熔融,在体积增大的同时,样品的密度最终减小 10%(从 2.66 g/cm3 变为 2.40 g/cm3)。
从 c-DTA 曲线(蓝色)可以明显看出在熔融过程中有吸热效应。

铝基合金的热行为。
升温速率:5K/min,气氛:He,恒定接触力:250mN,氧化铝样品支架,氧化铝容器。
图示为体积膨胀曲线(黑色实线),计算所得密度曲线(红色实线),c-DTA曲线(蓝色虚线)


钨的热膨胀 - 无氧化腐蚀下的高温测试
钨是一种易氧化的金属,但是基于 Expedis Supreme 的真空设计并结合 OTS® 系统,样品可以在纯净的He气氛下测试以获得其真实的膨胀行为,测量时不需要还原性气氛来抑制表面氧化(发生表面氧化时样品颜色会改变)。
实验中,计算所得的 20°C 到 1500°C 下的平均 CTE 为 5.143×10-6 1/K,与理论值仅仅相差 1.4×10-8 1/K。理论值为 5.129×10-6 1/K(来自NIST标准数据表)。
钨的热膨胀曲线。
样品长度:25.00mm,升温速率:5K/min,气氛:He,恒定接触力:250mN,氧化铝样品支架。
图示为样品的长度变化(黑色实线),理论值曲线(红色虚线,NIST标准数据表)

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