Dilatometrie

Dilatometrie ist eine thermische Analysemethode zur Messung der Längenänderung von Proben in Abhängigkeit von Temperatur oder Zeit. Sie dient vor allem der Bestimmung des linearen Ausdehnungskoeffizienten und der Erkennung von Phasenübergängen, Sinterprozessen und glasartigen Veränderungen in Materialien wie Metallen, Keramiken, Gläsern und Polymeren.

Prinzipiell wird eine Probe in einem Dilatometer unter kontrollierten Temperaturbedingungen vermessen. Die Längenänderung ΔL wird mittels kapazitiver, induktiver oder optischer Sensorik erfasst; oft erfolgt der Vergleich mit einer Referenz. Aus dem Bezugslängen L0 ergibt sich der lineare Ausdehnungskoeffizient α(T) = (1/L0) dL/dT. Der volumetrische Koeffizient β lässt sich bei isotropen Festkörpern annähernd mit β ≈ 3α ansetzen.

Zu den gängigen Dilatometer-Varianten gehören Push-rod-, kapazitive und optische Dilatometer. Die Probenformen reichen von Stangen über Scheiben bis hin zu kleinen Kristallen; die Probenoberfläche und die Temperaturführung beeinflussen Empfindlichkeit und Fehler. Messungen erfolgen in Schutzgasatmosphäre oder Vakuum bis zu hohen Temperaturen; Temperaturraster und Abkühlungsgeschwindigkeit werden gewählt, um Anomalien zu erkennen.

Die Instrumentierung umfasst Heizung, Temperaturregelung und eine Längenmessung, ergänzt durch Kalibrierstandards wie Quarz. Typische Ausgaben sind α(T) oder β(T). Die Daten werden oft als Funktion der Temperatur dargestellt und können mit Referenzdaten verglichen werden.

Anwendungen umfassen die Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten, die Untersuchung von Phasenübergängen (z. B. Glasübergang, Schmelze) sowie das Verhalten während Sinterprozessen und in Bauteilen. Dilatometrie dient auch der Qualitätskontrolle und der Validierung von Materialdatenbanken.