水平推杆示差法全自动高温热膨胀仪：全自动高温热膨胀系数测定仪
洛阳赛特瑞 STR 系列高温热膨胀仪：全自动高温热膨胀仪技术方案
热膨胀系数是评价材料热稳定性的重要指标，其测量准确性直接影响材料的加工和应用。热膨胀现象是材料的体积或长度随温度的升高发生膨胀的现象,表征该现象通常用热膨胀系数。热膨胀系数是确定材料的最终应用和模拟残余应力的一个重要的物理性质,能够衡量材料热胀冷缩的程度。比如在实际应用中,当两种材料焊接时,由于不同材料具有不同膨胀速度,使得焊接处产生应力,从而降低材料的机械强度和气密性,故选择热膨胀系数相近的材料尤为重要。热膨胀系数直接影响着材料的应用和加工，准确测量热膨胀系数显得十分重要。
热膨胀系数的测量方法较多，包括顶杆法、瞬态法、干涉法和光声法 等。其中，顶杆法应用较为广泛，温度测量范围可以覆盖−150℃～1000℃，其原理是将样品的一端放置或固定于样品台，另一端与顶杆接触，整个炉体将试样、样品台和顶杆同时加热，样品位移量通过差动位移传感器响应，从而获得样品在程序控温过程中长度或体积与温度变化关系。依据顶杆法原理测量热膨胀系数应用较普遍的是热机械分析仪，其主要优点是简单快速，是工业
领域测量热膨胀系数较为认可的方法。
一、产品简介
STR 系列高温热膨胀仪是洛阳赛特瑞科仪推出的全自动推杆式高温热膨胀仪,集"宽温区-纳米级分辨率-差动测量-速率控制烧结(RCS)-C-DTA 同步分析"于一体,单台主机即可完成室温至 1600 ℃ 的线膨胀系数、玻璃化转变点、软化点、烧结收缩及微相变检测,全过程无需外置控制器或冷却水浴,即插即用。
二、遵循标准
GB/T 4339-2021《金属材料热膨胀特性测定方法》
GB/T 3074.4-2016《石墨电极热膨胀系数》
ASTM E831、ASTM E289《推杆式热膨胀标准试验方法》
ISO 11359-1/-2《热机械分析(TMA)》
DIN 51045 耐火材料热膨胀测试规范
符合 CE 低压指令 2014/35/EU、EMC 指令 2014/30/EU
三、主要用途
测定陶瓷、玻璃、金属、耐火材料、晶体、复合材料、封装材料、功能薄膜等的平均线/瞬时热膨胀系数(CTE)
获取玻璃化转变温度 Tg、软化点 Ts、烧结收缩曲线、微裂纹萌生点
速率控制烧结(RCS)工艺优化,抑制开裂、降低变形
同步 C-DTA 信号,快速筛查相变、析晶、氧化还原反应温度
四、测量原理
经典水平推杆示差法:氧化铝(或 SiC)推杆将样品长度变化传递至光电位移传感器;双样品差动结构可自动扣除支架与推杆自身热膨胀,实现绝对膨胀与相对膨胀同时输出。升温过程由环抱式 SiC 炉体提供均温区,热电偶实时闭环控温,系统按 ΔL/L0 计算瞬时/平均 CTE,并同步记录 C-DTA 吸放热峰。
五、主要技术参数
| 项目 | 指标 |
|---|---|
| 温度范围 | 室温 20 ℃–1600 ℃(炉体极限 1650 ℃) |
| 升温速率 | 0.1–50 ℃ min⁻¹(程序设定) |
| 均温区长度 | 50 mm,±2 ℃ |
| 样品长度 | 0–52 mm |
| 样品直径 | 标准 12 mm(可选 19 mm) |
| 测试量程 | ±5000 µm |
| 分辨率 | 2 nm(全量程恒定) |
| 位移精度 | ±0.1 µm 或 0.05 %F.S. |
| CTE 重复性 | ±0.03×10⁻⁶ K⁻¹(标样 NIST SRM 738) |
| 接触力 | 0–1 N 连续可调,闭环伺服控制 |
| 真空度 | 10⁻² mbar(选装机械泵+扩散泵) |
| 气氛 | 空气、O₂、N₂、Ar、He、惰性-还原混合 |
| 同步 C-DTA | 温度校正精度 ±1 ℃,可识别 1 mW 热流变化 |
| 数据采集频率 | 1 Hz–100 Hz 可设 |
| 电源 | 单相 220 V±10 %,50/60 Hz,峰值功率 3 kW |
| 尺寸/重量 | 720×420×400 mm(主机),≈65 kg |
六、可增选配置
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17 型 PtRh 热电偶 → 上限 1750 ℃
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高真空组:扩散泵 + 全金属密封,5×10⁻⁴ mbar
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质谱/红外耦合接口(TGA-MS、TGA-FTIR)
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激光二维膨胀模组(非接触,适合软膜/涂层)
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样品变形可视记录系统(CCD+石英窗)
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自动进样器(10 位,顺序测试)
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RCS-DIL 专业版:32 段、多目标密度/收缩率闭环控制
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热分析图谱 AI 识别与云数据库(5000 套参比谱图)
七、结构特点(模块与结构详细描述)
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一体化框架 ‑ 高强度铝型材 + 304 不锈钢面板,电磁屏蔽层,静电烤漆 ‑ 内部划分为"测量区-电控区-散热区"三腔独立,避免热、尘、电磁干扰
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MOSi 均温炉体 ‑ 双侧加热,PID,寿命 ≥ 2 000 h ‑ 内衬真空成型 Al₂O₃ 纤维,热惯性小,支持 50 ℃ min⁻¹ 急冷 ‑ 炉壳风冷通道 + 高速风扇,停机 30 min 内可由 1600 ℃ 降至 300 ℃
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纳米位移平台 ‑ 光电杠杆 + 衍射光栅,无摩擦,免维护 ‑ 温度漂移 < 0.01 µm/℃
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双样品差动支架 ‑ 高纯刚玉管,平面度 ≤ 2 µm ‑ 一键式插拔,可整体取下清洗
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自动推杆与力控 ‑ 步进电机 + 行星滚柱丝杠,力分辨率 0.01 N ‑ 软件实时补偿热漂移,保持恒力
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电控与软件 ‑ 32-bit ARM + FPGA 实时温控,刷新率 200 Hz ‑ STR-DIL V3.0 软件:中文/英文/德文,支持 21 CFR Part11 电子签名 ‑ 自动输出 CTE-T、ΔL-T、dL/dT、RCS 曲线、C-DTA 峰、报表一键打印
八、标准配置清单
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STR-1600 主机(含 SiC 炉体、位移传感器、电控)×1
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氧化铝双样品支架/差动系统 ×1
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推杆(Al₂O₃,标准长度 100 mm)×2
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S 型热电偶(Pt-10 %Rh / Pt)×2(已装 1 根,备件 1 根)
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样品支撑套(内径 Ø4、Ø6、Ø8 mm)各 1 套
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Ø8 mm×1 mm 氧化铝垫片 50 片
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精密样品切割垫块(50 mm)×1
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防烫手套、坩埚钳、内六角工具包 ×1
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中文操作手册、出厂校准证书、合格证、保修卡 ×1
十一、包装与运输
小件(支架、推杆、垫片等):双层真空袋 + 防震泡沫 + 5 层胶合板木箱,符合 ISPM-15 熏蒸标准
主机大件:珍珠棉全包裹 + 防尘膜 + 蜂窝板 + 简易钢边托架,可直接叉车装卸
运输标识:向上、怕雨、易碎、重心标识齐全;国内默认德邦/顺丰大件,出口默认 CIF 海运
十二、使用注意事项(含加热元件)
1600 ℃ 以上时间 ≤ 1 h,避免 SiC 过功率老化
升温速率 > 30 ℃ min?1 时,须通 N? 或 Ar 0.1 L min?1,防止纤维内衬开裂
样品与推杆必须同轴,偏心 > 0.3 mm 将导致数据异常并缩短推杆寿命
禁止在 800 ℃ 以上打开炉体,防止热电偶骤冷脆断
真空/气氛实验完毕,先通保护气至常压再开炉;SiC 元件在负压下长期工作会粉化
每月检查推杆端面磨损,出现明显凹坑需及时更换,以免划伤支架
停机 ≥ 1 周,再启机前 200 ℃ 除潮 30 min,保护传感器与电控
十三、标准操作方法(SOP 级)
A. 开机前检查
确认供电 220 V 接地良好;检查炉体、支架、推杆无异物
安装对应尺寸样品支撑套,放入标准参比样(如 Al?O? 标样)做基线
B. 装样
用游标卡尺测初始长度 L0,记录至 0.01 mm
样品端面磨平,垂直度 ≤ 0.02 mm
将样品置于支架,点击软件"自动装样"→ 推杆慢速前进至接触力 0.2 N → 自动回零
C. 实验参数设定
方法选择:CTE 标准测试 / RCS 烧结 / C-DTA 同步
设定升温程序(例:RT → 1000 ℃,10 ℃ min?1,N? 50 mL min?1)
保存文件名、操作员、批号,勾选"自动结束降温至 300 ℃"
D. 启动与监控
点击"开始",系统自动上电、通气、点火升温
实时监控 ΔL-T、CTE、C-DTA 曲线;若异常(ΔL 跳动 > 3 μm)立即暂停检查
到达终点温度后自动进入降温段;500 ℃ 以下可关闭气氛
E. 数据后处理
自动输出报告:L0、ΔL、α(20–300 ℃)、α(20–Tmax)、Tg、Ts、C-DTA 峰温度
一键导出 PDF/Excel,支持 LIMS 上传
基线自动扣除,重复性偏差 > 0.05×10?? K?1 时软件提示重测
F. 关机与维护
炉温 < 200 ℃ 方可关闭总电源
取出样品,用无水乙醇清洁支架与推杆
填写《设备使用记录》,包括时间-温度-气氛-异常-签名
每周执行 1 次 200 ℃ 空烧除潮,每月备份数据库
