玻璃转变温度与Z轴热膨胀系数检测

北检院检测中心  |  完成测试:  |  2025-05-06  

玻璃转变温度(Tg)与Z轴热膨胀系数(CTE)是评价材料热力学性能的核心参数。本文针对高分子材料、复合材料及电子封装领域,系统阐述两项指标的检测原理、适用范围及标准化方法,重点解析差示扫描量热法(DSC)与热机械分析(TMA)的技术要点及数据判读规范。

注意:因业务调整,暂不接受个人委托测试望见谅。

检测项目

玻璃转变温度(Glass Transition Temperature, Tg)表征非晶态材料从玻璃态向高弹态转变的临界温度点,直接影响材料的热稳定性机械性能保持能力。Z轴热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion, CTE-Z)量化材料在垂直方向上的尺寸随温度变化的线性响应特性,对多层结构器件的界面匹配性具有决定性作用。

两项参数的关联性体现在:Tg前后CTE-Z值通常呈现显著差异,准确测定相变区间对预测材料服役性能至关重要。检测需同步记录温度-形变曲线拐点及线性膨胀率变化梯度。

检测范围

本检测体系适用于以下材料类别:

高分子聚合物:环氧树脂、聚酰亚胺、聚碳酸酯等热固性与热塑性材料

复合材料体系:纤维增强塑料(FRP)、陶瓷基复合材料(CMC)、金属层压板

电子封装材料:半导体封装胶、基板材料、焊料合金

功能涂层:光刻胶、介电涂层、热障涂层(TBC)

适用温度区间覆盖-150℃至600℃,满足航空航天、微电子封装、新能源电池等领域的极端工况测试需求。

检测方法

差示扫描量热法(DSC)

依据ASTM E1356标准执行三点法测定Tg值:以10℃/min速率进行升降温循环测试,取第二次加热曲线的拐点中值作为特征温度。基线校准需采用蓝宝石标准物质验证热流精度≤±0.1μW。

热机械分析法(TMA)

按ISO 11359-2规范进行CTE-Z测定:采用石英探头施加0.05N接触压力,在氮气保护下以5℃/min速率进行温度扫描。数据处理时需排除设备热滞后效应,对ΔL/L0曲线进行二阶多项式拟合计算膨胀系数。

动态力学分析法(DMA)

通过ASTM D7028方法测定储能模量突变点:采用三点弯曲模式以1Hz频率扫描-50℃至300℃温区,损耗因子tanδ峰值对应Tg值。该方法特别适用于高填充复合材料的相变分析。

激光干涉法

基于ISO 17562标准建立的非接触式测量方案:采用632.8nm氦氖激光源配合高温真空腔体(10-3Pa),实现纳米级位移分辨率。适用于超低膨胀系数材料(CTE-Z<1×10-6/K)的精密测量。

检测仪器

设备类型技术参数符合标准
差示扫描量热仪温度分辨率0.01℃/灵敏度0.2μWASTM E967/E968
热机械分析仪位移分辨率0.1nm/最大载荷1NISO 11359-2
动态力学分析仪频率范围0.01-100Hz/应变精度±0.05%ASTM D4065
激光膨胀仪波长稳定性±0.001nm/真空度5×10-4PaISO 17562

所有设备均配备三级温控系统(液氮制冷/电阻加热/气体对流),控温精度达±0.1℃。数据采集系统满足16bit AD转换精度与100Hz采样频率要求。

实验室环境执行ISO/IEC 17025管理体系:恒温恒湿间温度波动≤±0.5℃/湿度波动≤±3%RH;振动隔离平台满足VC-E级标准;电磁屏蔽室背景噪声<30dB。

检测流程

线上咨询或者拨打咨询电话;

获取样品信息和检测项目;

支付检测费用并签署委托书;

开展实验,获取相关数据资料;

出具检测报告。

北检(北京)检测技术研究院
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