Chu trình sốc nhiệt là gì?

Chu trình sốc nhiệt là gì?

Khái niệm

Chu trình sốc nhiệt (Thermal Shock Cycle) là quá trình thử nghiệm trong đó mẫu vật liệu hoặc sản phẩm được đưa qua các môi trường nhiệt độ cực đoan (rất nóng và rất lạnh) trong khoảng thời gian ngắn, lặp đi lặp lại nhiều lần.

Vì sao vật liệu bị hỏng khi sốc nhiệt?

Vật liệu hỏng khi sốc nhiệt không phải vì quá nóng hay quá lạnh, mà vì nhiệt độ thay đổi quá nhanh. Khi chuyển đột ngột giữa hai mức nhiệt, vật liệu không kịp giãn nở hoặc co lại đồng đều → sinh ra ứng suất nhiệt bên trong.

Các nguyên nhân chính:

• Giãn nở không đồng đều
• Khác hệ số giãn nở (CTE)
• Mỏi nhiệt
• Biến tính vật liệu

Nguyên lý của chu trình sốc nhiệt

Chu trình sốc nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra sự thay đổi nhiệt độ đột ngột để kiểm tra khả năng chịu đựng của vật liệu hoặc sản phẩm. Trong quá trình này, mẫu thử được đưa qua các môi trường nhiệt độ cực đoan (rất nóng và rất lạnh) trong thời gian ngắn, lặp lại nhiều lần để mô phỏng điều kiện khắc nghiệt ngoài thực tế.

Quy trình cơ bản

• Gia nhiệt: mẫu được đặt trong buồng thử ở nhiệt độ cao (ví dụ 100°C).
• Giữ nhiệt: duy trì trong một khoảng thời gian để mẫu đạt trạng thái cân bằng nhiệt.
• Chuyển đổi nhanh: mẫu được đưa sang môi trường nhiệt độ thấp (ví dụ -40°C) hoặc ngược lại.
• Lặp lại chu kỳ: quá trình nóng → lạnh → nóng được lặp đi lặp lại nhiều lần theo tiêu chuẩn thử nghiệm.

Kết quả quan sát

• Xuất hiện vết nứt, biến dạng trên bề mặt.
• Thay đổi tính chất cơ học như độ bền, độ giãn nở.
• Đánh giá khả năng chịu sốc nhiệt và độ ổn định của sản phẩm.

Các thông số quan trọng trong chu trình sốc nhiệt

• Nhiệt độ cao nhất và thấp nhất
• Tốc độ thay đổi nhiệt độ
• Thời gian giữ nhiệt
• Số chu kỳ thử nghiệm

Ưu điểm và hạn chế của chu trình sốc nhiệt

Các loại thiết bị thử sốc nhiệt

• Buồng sốc nhiệt hai vùng (Hot zone – Cold zone)
• Buồng sốc nhiệt ba vùng (Hot zone – Cold zone – Buồng trung gian)
• Buồng sốc nhiệt một vùng (thay đổi nhiệt độ nhanh trong cùng một buồng)
• Buồng sốc nhiệt khí (sử dụng không khí nóng – lạnh)
• Buồng sốc nhiệt chất lỏng (nhúng mẫu vào môi trường chất lỏng nóng và lạnh)

Những sai lầm thường gặp khi thử sốc nhiệt

• Không hiệu chuẩn thiết bị trước khi thử
• Chọn sai tốc độ thay đổi nhiệt độ
• Không kiểm soát độ ẩm và môi trường
• Bỏ qua việc quan sát mẫu sau mỗi chu kỳ
• Thiết lập thông số không theo tiêu chuẩn

Khi nào sản phẩm được coi là đạt?

• Không nứt
• Không cong vênh
• Không đổi màu
• Vẫn hoạt động điện

Ứng dụng của chu trình sốc nhiệt

• Ngành điện tử
• Ngành ô tô và hàng không
• Ngành vật liệu xây dựng
• Ngành y tế
• Ngành sản xuất khác

Tiêu chuẩn thử nghiệm sốc nhiệt phổ biến

• IEC 60068-2-14: Tiêu chuẩn quốc tế về thử nghiệm sốc nhiệt cho thiết bị điện – điện tử, quy định cách chuyển đổi nhanh giữa môi trường nóng và lạnh.
• MIL-STD-883: Tiêu chuẩn quân sự của Mỹ, áp dụng cho linh kiện điện tử, đặc biệt trong ngành hàng không – vũ trụ và quốc phòng.
• JIS C 60068: Tiêu chuẩn Nhật Bản, tương tự IEC, dùng cho thiết bị điện tử và công nghiệp.
• TCVN 7155:2002: Tiêu chuẩn Việt Nam về dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh – sốc nhiệt và độ bền sốc nhiệt, dựa trên ISO 718:1990.
• ISO 718:1990: Tiêu chuẩn quốc tế cho dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh, quy định phương pháp kiểm tra độ bền sốc nhiệt.

Chu trình sốc nhiệt là phương pháp thử nghiệm quan trọng giúp đánh giá khả năng chịu đựng của vật liệu và sản phẩm trước sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, từ đó phát hiện điểm yếu tiềm ẩn, đảm bảo chất lượng và độ tin cậy, tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và nâng cao uy tín thương hiệu; việc áp dụng chu trình sốc nhiệt không chỉ là yêu cầu kỹ thuật mà còn là chiến lược để doanh nghiệp duy trì lợi thế cạnh tranh trong sản xuất hiện đại.