ISO 17139:2014

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Thermophysical properties of ceramic composites — Determination of thermal expansion

ISO 17139:2014 describes methods for the determination of linear thermal expansion characteristics of ceramic matrix composite materials up to 2 300 K, and is applicable to 1D, 2D, and nD materials. The method describes general principles of construction, calibration, and operation of the equipment.

Céramiques techniques — Propriétés thermophysiques des composites céramiques — Détermination de la dilatation thermique

ISO 17139:2014 décrit les méthodes de détermination des caractéristiques de dilatation thermique linéique des matériaux composites à matrice céramique jusqu'à une température de 2 300 K, et est applicable aux matériaux 1D, 2D et nD. La méthode décrit les principes généraux de construction, d'étalonnage et d'utilisation de l'appareillage.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 15-Jun-2014
• ICS: 81.060.30 - Advanced ceramics
• Technical Committee: ISO/TC 206 - Fine ceramics
• Drafting Committee: ISO/TC 206/WG 4 - Composites
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 04-Sep-2019

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17139
First edition
2014-06-15
Fine ceramics (advanced ceramics,
advanced technical ceramics) —
Thermophysical properties of ceramic
composites — Determination of
thermal expansion
Céramiques techniques — Propriétés thermophysiques des composites
céramiques — Détermination de la dilatation thermique
Reference number
ISO 17139:2014(E)
ISO 2014
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ISO 17139:2014(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2014 – All rights reserved
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ISO 17139:2014(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Direct measurement ........................................................................................................................................................................... 2

4.3 Differential method ............................................................................................................................................................................. 2

5 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 2

5.1 Construction materials .................................................................................................................................................................... 2

5.2 Heating and cooling device........................................................................................................................................................... 2

5.3 Temperature measurement ......................................................................................................................................................... 2

5.4 Test piece mounting ........................................................................................................................................................................... 2

5.5 System for measuring and recording the thermal expansion ........................................................................ 3

5.6 Test piece measurement ................................................................................................................................................................. 3

6 Specimens .................................................................................................................................................................................................................... 3

6.1 Test pieces ................................................................................................................................................................................................... 3

6.2 Reference pieces .................................................................................................................................................................................... 3

6.3 Dimensions ................................................................................................................................................................................................. 3

7 Procedure..................................................................................................................................................................................................................... 4

8 Calculations................................................................................................................................................................................................................ 5

8.1 Direct measurement ........................................................................................................................................................................... 5

8.2 Differential method ............................................................................................................................................................................. 5

9 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 6

Annex A (normative) Direct measurement apparatus ...................................................................................................................... 9

Annex B (normative) Differential type measurement apparatus .......................................................................................11

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................12

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ISO 17139:2014(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity

assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers

to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 206, Fine ceramics.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17139:2014(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Thermophysical properties of ceramic
composites — Determination of thermal expansion
1 Scope

This International Standard describes methods for the determination of linear thermal expansion

characteristics of ceramic matrix composite materials up to 2 300 K, and is applicable to 1D, 2D, and nD

materials.

The method describes general principles of construction, calibration, and operation of the equipment.

2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are

indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated

references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories

IEC 60584-1, Thermocouples — Part 1: Reference tables
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
linear thermal expansion

positive or negative change in one dimension that occurs when a material is subjected to a change in

temperature
3.2
linear thermal expansion coefficient at temperature T

derivative of the length L with respect to temperature at the temperature T, divided by the length at

temperature T
1 dL
 
α =
T  
L dT
 
3.3
mean linear thermal expansion coefficient between temperatures T and T
1 2

linear thermal expansion between temperatures T and T divided by the temperature increment T to

1 2 1
T and the length at temperature T
2 1
LT −LT
() () 1
α TT, = ×
LT TT−
() ()
12 1
3.4
representative volume element
RVE
minimum volume which is representative of the material considered
© ISO 2014 – All rights reserved 1
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ISO 17139:2014(E)
4 Principle
4.1 General

A test piece is heated and subsequently cooled, either at a specified uniform rate or using defined

temperature increments. Its change of length and its temperature are measured continuously, or at

regular frequent intervals during the imposed temperature cycle.

One of two methods can be used to determine the linear thermal expansion coefficient, either by direct

measurement or by a differential method.
4.2 Direct measurement

In this method, the variation in length of the test piece is measured directly. It is necessary to know the

change in dimensions of the test piece support system by previous calibration.

The test piece is placed in a specimen holder and is made to contact a displacement transducer by using

a push rod, made of the same material as the holder. This assembly is put in a furnace. The differential

expansion between the test piece and the test piece holder is measured during the increase and the

decrease in temperature.
The apparatus is shown in Figure 1.
4.3 Differential method

This method consists of measuring the changes in length between a reference piece (6.2) and the test

piece. It is not therefore necessary to know the change in dimensions of the test piece support system.

The apparatus is shown in Figure 2.
5 Apparatus
5.1 Construction materials

The test piece holder and the push rod shall be made from thermomechanically stable materials of the

same type, which shall be chemically inert and thermally compatible with the test piece material under

the environmental conditions of the test.

NOTE For temperatures above 1 400 °C, it is necessary to employ a vacuum or inert gas atmosphere, with a

non-oxide material appropriate for the test environment, such as a grade of dense graphite.

5.2 Heating and cooling device

Furnace, capable of working in a controlled atmosphere when required, and of controlling the

temperature of the test piece to within 1 % of its mean temperature, expressed in K.

5.3 Temperature measurement

Thermocouples, in accordance with IEC 60584-1, subject to the upper temperature requirements

and environmental consideration, except for tungsten-rhenium couples which may be used at higher

temperatures but are not covered by IEC 60584-1, should be individually calibrated. For temperature in

excess of 2 000 K, infrared detectors or any suitable device may be used.
5.4 Test piece mounting

The device used shall allow free axial movement of the test piece and of the reference piece in case

of differential measurement. The mechanical environment shall minimize stresses. For vertical

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ISO 17139:2014(E)

measurement apparatus, the test pieces shall be free standing and mechanically stable on the end-plate.

For measuring apparatus which is horizontal or inclined to the horizontal, the sideways movement

or twist of the test piece shall be restricted, without any restriction of axial movement, by a suitable

arrangement.
5.5 System for measuring and recording the thermal expansion

System, capable of measuring displacements to an accuracy better than 0,1 μm. The system shall allow

recording of the test piece temperature and the displacement simul
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17139
Première édition
2014-06-15
Céramiques techniques — Propriétés
thermophysiques des composites
céramiques — Détermination de la
dilatation thermique
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Thermophysical properties of ceramic composites — Determination
of thermal expansion
Numéro de référence
ISO 17139:2014(F)
ISO 2014
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DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée

sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2014 – Tous droits réservés
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ISO 17139:2014(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 2

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

4.2 Mesurage direct ...................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Méthode différentielle ...................................................................................................................................................................... 2

5 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 2

5.1 Matériaux de construction ............................................................................................................................................................ 2

5.2 Dispositif de chauffage et de refroidissement.............................................................................................................. 2

5.3 Mesurage de la température ....................................................................................................................................................... 2

5.4 Montage de l’éprouvette ................................................................................................................................................................. 3

5.5 Système de mesurage et d’enregistrement de la dilatation thermique ................................................. 3

5.6 Mesurage de l’éprouvette ......... ...................................................................................................................................................... 3

6 Échantillons pour essai.................................................................................................................................................................................. 3

6.1 Éprouvettes ................................................................................................................................................................................................ 3

6.2 Étalons ............................................................................................................................................................................................................ 3

6.3 Dimensions ................................................................................................................................................................................................. 3

7 Mode opératoire.................................................................................................................................................................................................... 4

8 Calculs .............................................................................................................................................................................................................................. 5

8.1 Mesurage direct ...................................................................................................................................................................................... 5

8.2 Méthode différentielle ...................................................................................................................................................................... 6

9 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................... 6

Annexe A (normative) Appareillage de mesurage direct ................................................................................................................ 9

Annexe B (normative) Appareillage de mesurage différentiel ..............................................................................................11

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................12

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ISO 17139:2014(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne

la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les

références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration

du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par

l’ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de

la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC concernant

les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations

supplémentaires.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 206, Céramiques techniques.

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NORME INTERNATIONALE ISO 17139:2014(F)
Céramiques techniques — Propriétés thermophysiques des
composites céramiques — Détermination de la dilatation
thermique
1 Domaine d’application

La présente Norme internationale décrit les méthodes de détermination des caractéristiques de

dilatation thermique linéique des matériaux composites à matrice céramique jusqu’à une température

de 2 300 K, et est applicable aux matériaux 1D, 2D et nD.

La méthode décrit les principes généraux de construction, d’étalonnage et d’utilisation de l’appareillage.

2 Références normatives

Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à

l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais

IEC 60584-1, Thermocouples — Partie 1: Tables de référence
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

3.1
dilatation thermique linéique

variation positive ou négative d’une dimension d’un matériau soumis à une variation de température

3.2
coefficient de dilatation thermique linéique à la température T

quotient de la dérivée de la longueur L par rapport à la température T, et de la longueur L à cette même

température
1 dL
 
α =
T  
L dT
 
3.3
coefficient moyen de dilatation thermique linéique entre les températures T et T
1 2

quotient de la dilatation thermique linéique entre les températures T et T , et du produit de l’incrément

1 2
de température T à T par la longueur à la température T
1 2 1
LT −LT
() () 1
α TT, = ×
LT TT−
() ()
12 1
3.4
volume élémentaire représentatif
VER
volume minimal représentatif du matériau considéré
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ISO 17139:2014(F)
4 Principe
4.1 Généralités

Une éprouvette est chauffée puis refroidie, soit à une vitesse constante spécifiée, soit par incréments de

température définis. Les variations de longueur ainsi que la température sont mesurées en continu ou à

des intervalles réguliers et fréquents pendant le cycle de température imposé.

Le coefficient de dilatation thermique linéique peut être déterminé par l’une des deux méthodes

suivantes, soit mesurage direct, soit une méthode différentielle.
4.2 Mesurage direct

Dans cette méthode, la variation de longueur de l’éprouvette est mesurée directement. Il est nécessaire

de connaître les variations des dimensions du système de support d’éprouvette par un étalonnage

préalable.

L’éprouvette est placée dans un porte-éprouvette et est mise en contact avec un capteur de déplacement

par l’intermédiaire d’une tige poussoir constituée du même matériau que le porte-éprouvette. L’ensemble

est placé dans un four. La dilatation différentielle entre l’éprouvette et le porte-éprouvette est mesurée

pendant la montée et la descente en température.
L’appareillage est représenté à la Figure 1.
4.3 Méthode différentielle

Cette méthode consiste à mesurer les variations de longueur entre un étalon (voir 6.2) et l’éprouvette. Il

n’est, par conséquent, pas nécessaire de connaître les variations de dimensions du système de support

d’éprouvette.
L’appareillage est représenté à la Figure 2.
5 Appareillage
5.1 Matériaux de construction

Le porte-éprouvette et la tige poussoir doivent être fabriqués dans des matériaux de même type, stables

thermomécaniquement, chimiquement inertes et thermiquement compatibles avec le matériau de

l’éprouvette dans les conditions environnementales de l’essai.

NOTE Pour les températures supérieures à 1 400 °C, il est nécessaire de travailler sous vide ou dans une

atmosphère de gaz inerte, avec un matériau non-oxyde approprié à l’environnement de l’essai, par exemple un

type de graphite dense.
5.2 Dispositif de chauffage et de refroidissement

Four capable de fonctionner sous atmosphère contrôlée si nécessaire, et permettant de contrôler la

température de l’éprouvette à moins de 1 % de sa température moyenne exprimée en kelvins (K).

5.3 Mesurage de la température

Il convient d’étalonner individuellement les thermocouples, conformes à l’IEC 60584-1, en tenant compte

des exigences relatives à la température maximale et des conditions environnementales, excepté dans

le cas de thermocouples tungstène-rhénium qui peuvent être utilisés à des températures supérieures,

mais ne sont pas traités par l’IEC 60584-1. Pour les températures dépassant 2 000 K, des détecteurs

infrarouge ou n’importe quel autre moyen adéquat peuvent être utilisés.
2 © ISO 2014 – Tous droits réservés
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ISO 17139:2014(F)
5.4 Montage de l’éprouvette

Le dispositif utilisé doit permettre la liberté de mouvement dans l’axe de l’éprouvette et de l’étalon dans

le cas d’un mesurage différentiel. L’environnement mécanique doit minimiser les contraintes. Pour les

appareils à mesurage vertical, les éprouvettes doivent reposer librement et être stables mécaniquement

sur leurs extrémités planes. Pour les appareils où le mesurage se fait dans la position horizontale ou en

position inclinée par rapport à l’horizontale, le déplacement en travers ou en rotation de l’éprouvette

doit être empêché, sans limitation du mouvement axial, grâce à un mécanisme approprié.

5.5 Système de mesurage et d’enregistrement de la dilatation thermique

Système capable de mesurer les déplacements avec un niveau de précision supérieur à 0,1 μm. Le système

doit permettre l’enregistrement simultané de la température et du déplacement de l’éprouvette. Le

système de mesurage des déplacements doit être périodiquement étalonné conformément à l’Annexe A

sur les mesurages directs et à l’Annexe B sur les mesurages différ
...