temperatuurplooiing

Temperatuurplooiing is een verschijnsel waarbij een structuur of materiaal buigt, kromt of vouwt door temperatuurverschillen binnen het object of tussen verschillende delen ervan. Het komt veel voor bij dunne laminaten, plaklagen, halfgeleiders, buisvormige constructies en elektronische behuizingen waar temperatuurgradiënten of non-uniforme verwarming voorkomen. Na afkoeling kan de plooiing deels blijven bestaan als er residuele spanningen achterblijven.

Het fysieke principe achter temperatuurplooiing is de differentiële warmte-uitzetting tussen materialen of delen van een constructie. Materialen hebben een eigenschap die de coëfficiënt van thermische uitzetting (CTE) wordt genoemd: verschillende lagen of gebieden zetten bij dezelfde temperatuursverandering anders uit. Als twee lagen met verschillende CTE’s aan elkaar zijn bevestigd, ontstaat er spanning en vaak kromming. Ook niet-uniforme verwarming of koeling, constraints door bevestigingen of lijmlagen, en veranderingen in vochtgehalte kunnen plooiing veroorzaken. De mate van kromming hangt af van de geometry, de dikte van de lagen, de exacte CTE-verschillen en de temperatuurdaling of -stijging.

Toepassingen en risico’s: temperatuurplooiing kan in sommige gevallen gewenst zijn, bijvoorbeeld in bimetaalachtige stripthermostaten die buigen bij temperatuurveranderingen. In constructies en elektronica is plooiing vaak ongewenst omdat het spanningen en structurele integriteitsproblemen kan veroorzaken. Het analyseren gebeurt via mechanische modellering, experimenten met temperatuurcycli en meetmethoden zoals optische profilometrie, interferometrie of digitale beeldcorrelatie.

Mitigatie en ontwerp: keuze van materialen met vergelijkbare CTE’s, symmetrische opbouw, zorgvuldige thermische en mechanische randvoorwaarden, en actieve temperatuurregeling verminderen ongewenste temperatuurplooiing. See also: Thermische uitzetting, thermische spanning, warping.