Misura dell'espansione termica di materiali incoerenti con il dilatometro ottico

L’analisi dell’espansione termica misura le variazioni dimensionali di un materiale soggetto ad un trattamento termico in funzione della sua temperatura.

L’espansione termica di materiali incoerenti (come le sabbie), materiali plastici (come vetri o polimeri oltre la loro temperatura di transizione vetrosa), campioni estremamente sottili (dello spessore nell’ordine delle decine di micron) o materiali teneri (come feltro o cera) non può essere studiata con la dilatometria tradizionale.

La dilatometria ottica a doppio raggio permette di condurre misure di espansione termica senza contatto né interferenze attribuibili al sistema di misura; l’utilizzo di due raggi di luce permette di ottenere una misura assoluta dei cambiamenti dimensionali del campione durante il ciclo termico.

Il grafico seguente rappresenta l’espansione termica di un materiale incoerente, la sabbia quarzosa di Fontainbleu.

Primo ciclo di riscaldamento (curva nera):

  • A 575°C avviene la prima trasformazione reversibile allotropica del quarzo che passa dalla forma alfa a quella beta.
  • A 1470°C avviene la trasformazione irreversibile da quarzo-beta a beta-cristobalite, che sarà soggetta a una trasformazione reversibile in alfa cristobalite durante il raffreddamento.
  • A 1600°C il materiale permane per 15 minuti, continuando la lenta transizione in beta-cristobalite, che continua a provocare una marcata espansione
  • Durante il raffreddamento, a 573°C il poco quarzo beta residuo si trasforma in alfa
  • A 228°C la beta-cristobalite si trasforma in alfa, causando una contrazione molto ripida

Sabbia di quarzo post-cottura (curva rossa):

  • A circa 230°C si assiste a una prima deviazione della pendenza della curva dilatometrica, ciò è dovuto alla trasformazione reversibile allontropica dell’alfa-cristobalite in beta-cristobalite.
  • A circa 573°C si osserva un altro flesso, anche se di minor entità. Questo è dovuto alla piccola quantità residua di quarzo alfa che si trasforma nella rispettiva forma beta.

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