ما هو معامل تمدد الجرانيت؟ ما مدى استقرار درجة الحرارة؟

يتراوح معامل التمدد الخطي للجرانيت عادةً بين 5.5 و7.5 × 10⁻⁶ درجة مئوية. ومع ذلك، قد يختلف معامل التمدد قليلاً باختلاف أنواع الجرانيت.
يتميز الجرانيت بثبات حراري جيد، ويتجلى ذلك بشكل رئيسي في الجوانب التالية:
تشوه حراري طفيف: نظرًا لانخفاض معامل تمدد الجرانيت، يكون تشوهه الحراري ضئيلاً نسبيًا عند تغير درجة الحرارة. وهذا يسمح لمكونات الجرانيت بالحفاظ على حجم وشكل أكثر استقرارًا في بيئات ذات درجات حرارة مختلفة، مما يُسهم في ضمان دقة المعدات الدقيقة. على سبيل المثال، في أجهزة القياس عالية الدقة، عند استخدام الجرانيت كقاعدة أو طاولة عمل، حتى مع وجود تقلبات طفيفة في درجة الحرارة المحيطة، يمكن التحكم في التشوه الحراري ضمن نطاق ضيق، مما يضمن دقة نتائج القياس.
مقاومة جيدة للصدمات الحرارية: يتميز الجرانيت بقدرته على تحمل تغيرات سريعة في درجات الحرارة دون حدوث تشققات أو تلف واضح. ويعود ذلك إلى موصليته الحرارية العالية وسعته الحرارية الكبيرة، مما يسمح بنقل الحرارة بسرعة وبشكل متساوٍ عند تغير درجة الحرارة، وبالتالي تقليل تركيز الإجهاد الحراري الداخلي. فعلى سبيل المثال، في بعض بيئات الإنتاج الصناعية، عند بدء تشغيل المعدات أو توقفها فجأة، تتغير درجة الحرارة بسرعة، وتستطيع مكونات الجرانيت التكيف بشكل أفضل مع هذه الصدمة الحرارية والحفاظ على استقرار أدائها.
استقرار ممتاز على المدى الطويل: بعد فترة طويلة من التقادم الطبيعي والتأثيرات الجيولوجية، يتم تحرير الإجهاد الداخلي للجرانيت بشكل أساسي، مما يجعله مستقرًا. خلال الاستخدام طويل الأمد، وحتى بعد تغيرات متكررة في درجات الحرارة، يظل تركيبه الداخلي ثابتًا، ويحافظ على استقرار حراري جيد، موفرًا بذلك دعمًا موثوقًا للمعدات عالية الدقة.
بالمقارنة مع المواد الشائعة الأخرى، يتمتع الجرانيت بمستوى أعلى من الثبات الحراري، وفيما يلي مقارنة بين الجرانيت والمواد المعدنية والمواد الخزفية والمواد المركبة من حيث الثبات الحراري:
   مقارنة بالمواد المعدنية:

معامل التمدد الحراري للمواد المعدنية العامة كبير نسبيًا. على سبيل المثال، يبلغ معامل التمدد الخطي للفولاذ الكربوني العادي حوالي 10-12 × 10⁻⁶/درجة مئوية، بينما يبلغ معامل التمدد الخطي لسبائك الألومنيوم حوالي 20-25 × 10⁻⁶/درجة مئوية، وهو أعلى بكثير من معامل التمدد الحراري للجرانيت. هذا يعني أنه عند تغير درجة الحرارة، يتغير حجم المادة المعدنية بشكل ملحوظ، مما يزيد من احتمالية تعرضها لإجهاد داخلي كبير نتيجة التمدد الحراري والانكماش عند درجات الحرارة المنخفضة، وبالتالي يؤثر على دقتها واستقرارها. أما الجرانيت، فيتغير حجمه بشكل أقل عند تقلبات درجة الحرارة، مما يحافظ على شكله الأصلي ودقته بشكل أفضل. عادةً ما تكون الموصلية الحرارية للمواد المعدنية عالية، وفي عملية التسخين أو التبريد السريع، تنتقل الحرارة بسرعة، مما يؤدي إلى فرق كبير في درجة الحرارة بين باطن المادة وسطحها، وبالتالي إجهاد حراري. في المقابل، تتميز الموصلية الحرارية للجرانيت بانخفاضها، وبطء توصيل الحرارة فيه نسبيًا، مما يخفف من الإجهاد الحراري إلى حد ما ويُظهر استقرارًا حراريًا أفضل.

بالمقارنة مع المواد الخزفية:

قد يكون معامل التمدد الحراري لبعض المواد الخزفية عالية الأداء منخفضًا جدًا، مثل خزف نتريد السيليكون، الذي يبلغ معامل تمدده الخطي حوالي 2.5-3.5 × 10⁻⁶/درجة مئوية، وهو أقل من معامل تمدد الجرانيت، مما يمنحه مزايا معينة في الثبات الحراري. مع ذلك، عادةً ما تكون المواد الخزفية هشة، ومقاومتها للصدمات الحرارية ضعيفة نسبيًا، كما أنها عرضة للتشقق أو حتى التمزق عند التغيرات الحادة في درجة الحرارة. على الرغم من أن معامل التمدد الحراري للجرانيت أعلى قليلًا من بعض أنواع الخزف المتخصصة، إلا أنه يتمتع بمتانة جيدة ومقاومة عالية للصدمات الحرارية، ويمكنه تحمل درجة معينة من التغيرات الحرارية. في التطبيقات العملية، وفي معظم بيئات التغيرات الحرارية غير الشديدة، يلبي ثبات الجرانيت الحراري المتطلبات، كما أن أداءه الشامل أكثر توازنًا، وتكلفته منخفضة نسبيًا.

بالمقارنة مع المواد المركبة:

يمكن لبعض المواد المركبة المتقدمة تحقيق معامل تمدد حراري منخفض واستقرار حراري جيد من خلال تصميم مدروس لمزيج الألياف والمادة الأساسية. على سبيل المثال، يمكن تعديل معامل التمدد الحراري للمواد المركبة المدعمة بألياف الكربون وفقًا لاتجاه الألياف ومحتواها، ويمكن أن يصل إلى قيم منخفضة جدًا في بعض الاتجاهات. مع ذلك، فإن عملية تحضير المواد المركبة معقدة ومكلفة. أما الجرانيت، كمادة طبيعية، فلا يحتاج إلى عملية تحضير معقدة، وتكلفته منخفضة نسبيًا. ورغم أنه قد لا يكون بجودة بعض المواد المركبة المتطورة في بعض مؤشرات الاستقرار الحراري، إلا أنه يتميز بمزايا من حيث التكلفة والأداء، لذا يُستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات التقليدية التي تتطلب استقرارًا حراريًا معينًا. في أي الصناعات تُستخدم مكونات الجرانيت، حيث يُعد الاستقرار الحراري عاملًا أساسيًا؟ قدم بعض بيانات الاختبار أو حالات محددة للاستقرار الحراري للجرانيت. ما هي الاختلافات بين أنواع الجرانيت المختلفة من حيث الاستقرار الحراري؟