Thermische analyse heeft tot doel om te onderzoeken hoe materialen veranderen bij verschillende temperaturen. Met een thermische analyse, ook bekend als thermal analysis, kan worden achterhaald hoe materialen reageren op warmte, en hoe temperatuurveranderingen de samenstelling, structuur en eigenschappen van deze materialen beïnvloeden.
In dit blogartikel laten we zien wat thermische analyse precies is, hoe het kan worden ingezet en wat daarvan de voordelen zijn.
Wat is een thermische analyse?
Thermische analyse is een wetenschappelijke benadering binnen de chemie en materiaalkunde. Het doel van is om te bestuderen hoe de fysieke en chemische eigenschappen van materialen – zoals faseovergang en stabiliteit – veranderen bij variërende temperaturen. Binnen het domein van thermische analyse zijn er verschillende methoden die worden gebruikt om diverse aspecten van materialen te analyseren:
- Differentiële Scanning Calorimetrie (DSC). Het meten van de warmtestroom die in een materiaal optreedt wanneer het wordt verwarmd of gekoeld. Dit wordt vaak gebruikt om faseovergangen te onderzoeken, denk aan smelten en kristallisatie.
- Thermogravimetrische Analyse (TGA). Het meten van de verandering in het gewicht bij verwarming. Dit helpt bij het identificeren van thermische afbraakprocessen en oxidatiereacties.
- Differentiële Thermische Analyse (DTA). Deze techniek meet het temperatuurverschil tussen een monster en een referentiemateriaal, terwijl beide worden verwarmd. In hoeverre wordt warmte aan de omgegeven afgegeven of juist opgenomen?
- Dynamische Mechanische Analyse (DMA). Het onderzoeken van de mechanische eigenschappen van materialen, zoals elasticiteit en viscositeit, terwijl ze worden onderworpen aan periodieke vervormingen en temperatuurveranderingen.
Wanneer wordt thermische analyse gebruikt?
Thermische analyse kent talloze toepassingen in diverse branches. Overal waar inzicht nodig is in hoe materialen reageren op temperatuurveranderingen, biedt het een uitkomst.
Enkele voorbeelden:
- Materiaalonderzoek en -ontwikkeling. Het helpt onderzoekers de stabiliteit, faseovergangen en reacties van materialen te karakteriseren. Dat is van groot belang bij het ontwerpen van nieuwe materialen.
- Farmaceutische industrie. Het bepalen van de thermische stabiliteit van medicijnen en degradatieproducten is nodig om de kwaliteit en houdbaarheid van geneesmiddelen te kunnen waarborgen.
- Polymeerindustrie. Het wordt gebruikt om de glastemperatuur, het smeltpunt en de degradatie van polymeren te bestuderen. Dit is van belang voor het ontwerpen van kunststoffen met specifieke eigenschappen.
- Voedingsindustrie. Het begrijpen van de thermische eigenschappen van voedsel helpt bij het bepalen van kook- en opslagcondities, waardoor de kwaliteit en veiligheid van voedselproducten kunnen worden verbeterd.
- Keramische industrie. Het wordt onder meer ingezet om van keramische materialen de sinteringstemperatuur te bepalen. Dat is de temperatuur waarop poeder samenklontert tot één geheel.
- Metallurgie. In de metallurgie wordt thermische analyse gebruikt om faseovergangen, uitharding en verouderingsprocessen in metalen en legeringen te begrijpen.
- Kwaliteitscontrole. Het helpt om de consistentie van producten te waarborgen, zoals het controleren van de zuiverheid van chemicaliën.
- Milieuonderzoek. Het bestuderen van de thermische afbraak van organische stoffen draagt bij aan een beter begrip van de milieu-impact van materialen.
Wat zijn de voordelen van een thermische analyse?
Thermische analyse (thermal analysis) wordt volop ingezet voor zowel wetenschappelijke als industriële toepassingen.
Dat brengt allerlei voordelen met zich mee:
- Diepgaande materiaalkennis. Het onthult cruciale informatie over de eigenschappen van materialen, zoals faseovergangen, smeltpunten, kristallisatie en thermische stabiliteit.
- Productoptimalisatie. Het ondersteunt de ontwikkeling van nieuwe materialen en producten door inzicht te geven in hun thermische eigenschappen, waardoor specifieke prestatiekenmerken kunnen worden afgestemd.
- Procesoptimalisatie. Als helder is hoe materialen reageren op temperatuurveranderingen, kunnen productieprocessen worden geoptimaliseerd. Dat zorgt voor betere, consistente resultaten.
- Kwaliteitscontrole. In de industrie helpt het bij het identificeren van onzuiverheden, degradatieproducten en inconsistenties in materialen, waardoor kwaliteitsproblemen vroegtijdig kunnen worden getackeld.
- Materiaalselectie. Het helpt ingenieurs bij het kiezen van materialen die geschikt zijn voor specifieke toepassingen, gebaseerd op hun thermische gedrag en stabiliteit.
- Verlagen ecologische voetafdruk. Het kan helpen bij het begrijpen van de afbraakprocessen van materialen en hun milieu-impact, waardoor duurzamere keuzes kunnen worden gemaakt.
- Kostenbesparingen. Het vroegtijdig identificeren van problemen of ongewenste reacties kan leiden tot kostenbesparingen (want betere ontwerpkeuzes). Bovendien leidt meer inzicht tot minder prototyping en dus een kortere time-to-market.
In welke branches wordt topologie optimalisatie gebruikt?
Het kent talloze toepassingen en wordt dan ook in verschillende branches ingezet, zoals in de machinebouw, ruimtevaart, biochemie en civiele techniek.
Topologie optimalisatie kan in verschillende stadia van het ontwerpproces toegevoegde waarde bieden, variërend van het verkennen van conceptuele ontwerpen tot het optimaliseren van bestaande structuren.
Thermische analyse met Ansys Discovery
De simulatiesoftware van Ansys Discovery biedt allerlei mogelijkheden voor een thermische analyse. Ontwerpers maken er volop gebruik van om te onderzoeken hoe hun ontwerpen presteren.
Die kennis rendeert op verschillende manieren:
- Anticiperen op temperatuurschommelingen
- Voorkomen problemen met oververhitting
- Verbeteren productbetrouwbaarheid in verschillende omstandigheden
- Verkorten fase prototyping
- Minimaliseren last-minute ontwerpaanpassingen
- Verbeteren samenwerking specialisten elektrotechnische en mechanische componenten
Meer weten over thermische analyse of over AESC?
Wil je meer weten over thermal analysis? Heb je interesse in de simulatiesoftware Ansys Discovery? Neem dan contact op met AESC. We zijn gespecialiseerd in innovatieve software voor de maakindustrie. Voor alle softwareproducten bieden we bovendien training aan. Snel aan de slag met tools die het verschil maken: dát is AESC.
