プッシュロッド方式のディラトメーターはどのように測定されるのか

ディラトメーター(膨張計)は、材料サンプルの熱膨張を記録するための測定装置です。測定結果から熱膨張係数（CTE＝熱膨張係数）を算出します。この材料の量は、測定単位 [1 / K] で、1Kあたりの温度変化によるサンプルの長さの相対的な変化を示します。

したがって、CTEの値は温度に依存します。そしてCTE の値は、固体物質では1 ケルビンあたり数百万分の 1 程度です。サンプルの予想される絶対的な長さの変化は、そのサンプルのCTEに応じて小さいため、信頼できる結果を得るには、非常に正確な測定装置が必要です。

ディラトメーターのタイプ

サンプルの性質と測定する温度範囲によって、サンプルホルダーが満たさなければならない要件が決まります。測定したい温度範囲で凝集状態を維持する固体物質の場合、プッシュロッド膨張計が非常に適しています。

軟化点または融点まで加熱したときのサンプルの挙動は、ヒーティングマイクロスコープを使用して光学的に決定できます。

プッシュロッド方式ディラトメーターは、炉 (写真の右)、サンプルホルダー (写真の中央)、およびデータの取得と評価を測定するためのユニット (写真の左にある LVDT センサー) で構成されます。

石英ガラスまたはセラミックのチューブの中に、サンプルがあります (写真の赤いサンプル)。ロッド (赤いサンプルの前にある薄い黄色のバー) にしっかりと接触されており、サンプルの長さの変化を計測します。

そこでは、サンプルホルダーやロッドを含めた全体の長さの絶対変化が決定され、測定システムの既知のデータとサンプル寸法を使用して材料サンプルの CTE 値に変換されます。炉は任意の加熱速度と冷却速度でコントロールが可能です。

その結果、サンプルの長さの変化が温度の関数として決定されます。

Schema of a Push rod Dilatometer

膨張計の最も重要な応用分野は、材料科学の基礎研究と品質保証です。熱膨張係数、相転移の温度、および焼結温度等が測定できます。

熱膨張係数は、複合材料の開発にとって重要なパラメーターです。たとえば、鋼とコンクリートの CTE 値が同じであるため鉄筋コンクリートは建築に使用できます。

材料の温度差は、機械的応力につながります。高温域は低温域よりも膨張します。これらの応力の回避または低減は、膨張係数が非常に低い材料の開発と使用によって達成できます。

橋を建設する場合、異なる温度で橋が崩壊しないように、熱膨張係数は重要な安全係数です。

結晶性固体のマクロでの特性は、結晶構造自体に直接依存します。

ただし、ほとんどの材料はいくつかの転移が存在する可能性があり、したがって、融解および蒸発温度に加えて、凝集状態が変化しない圧力および温度依存の相転移もあります。

また、ある結晶構造から別の結晶構造への相転移、および結晶化プロセス自体は、多くの場合、膨張係数-温度曲線の変化ではっきりと見えるため、膨張計測定によって可視化できます。

相転移　e.g.石英ガラスの相転移は、膨張計測定によって可視化できます

鋼のマルテンサイト、フェライト、オーステナイトの転移など、急速な相転移や定義された接触圧力を必要とするものでも、測定できるようにカスタマイズされた膨張計で適切に測定できます。

焼結中、粉末状のセラミックまたは金属材料が未加工の本体に予備成形され、正確に設定された温度と圧力で一緒に焼き付けられます。実際には、このプロセスは磁器業界で知られています。カオリン（磁器粘土、磁器粘土）、長石、石英を混ぜた粉末を焼成工程で焼結させ、防水加工を施しています。

数段階存在する焼結段階の最適温度の決定は、膨張計によって提供される曲線に基づいて行うことができます。