Thermal shock
تھرمل شاک ایک ایسا رجحان ہے جس کی خصوصیت درجہ حرارت میں تیزی سے تبدیلی ہوتی ہے جس کے نتیجے میں کسی شے پر عارضی مکینیکل بوجھ پڑتا ہے۔ یہ بوجھ درجہ حرارت میں تبدیلی کی وجہ سے شے کے مختلف حصوں کی تفریقی توسیع کی وجہ سے ہوتا ہے۔ اس تفریقی توسیع کو تناؤ کے بجائے تناؤ کے لحاظ سے سمجھا جا سکتا ہے۔ جب تناؤ مواد کی تناؤ کی طاقت سے تجاوز کر جاتا ہے، تو یہ دراڑیں بننے کا سبب بن سکتا ہے اور بالآخر ساختی ناکامی کا باعث بن سکتا ہے۔ تھرمل شاک کو روکنے کے طریقوں میں شامل ہیں: درجہ حرارت کو آہستہ آہستہ تبدیل کرکے تھرمل میلان کو کم کرنا مواد کی تھرمل چالکتا کو بڑھانا مواد کی تھرمل توسیع کے گتانک کو کم کرنا مواد کی طاقت کو بڑھانا مواد میں کمپریسیو اسٹریس متعارف کرانا، جیسے کہ ٹیمپریڈ گلاس میں مواد کے ینگ کے ماڈیولس کو کم کرنا کریک ٹپ بلونٹنگ یا کریک ڈیفلیکشن کے ذریعے مواد کی سختی کو بڑھانا، پلاسٹک کی اخترتی اور فیز ٹرانسفارمیشن کے عمل کو استعمال کرنا مواد پر بوروسیلیکیٹ گلاس کو کم توسیعی گتانک اور زیادہ طاقت کے امتزاج کے ذریعے زیادہ تر دوسرے شیشے کے مقابلے میں تھرمل شاک کو بہتر طریقے سے برداشت کرنے کے لیے بنایا جاتا ہے، حالانکہ فیوزڈ کوارٹز ان دونوں لحاظ سے اسے پیچھے چھوڑ دیتا ہے۔ کچھ شیشے کے سیرامک مواد (زیادہ تر لتیم ایلومینیمسیلیکیٹ (ایل اے ایس) سسٹم میں) میں منفی توسیعی گتانک کے ساتھ مواد کا ایک کنٹرول شدہ تناسب شامل ہوتا ہے، تاکہ مجموعی گتانک کو درجہ حرارت کی معقول حد تک وسیع رینج میں تقریبا بالکل صفر تک کم کیا جا سکے۔ بہترین تھرمو مکینیکل مواد میں ایلومینیم، زرکونیا، ٹونگسٹن مرکب، سلکان نائٹرائڈ، سلکان کاربائڈ، بوران کاربائڈ اور کچھ سٹینلیس اسٹیل شامل ہیں۔ گریفائٹ کی انتہائی اعلی تھرمل چالکتا اور کم توسیعی گتانک، کاربن فائبر کی اعلی طاقت، اور ڈھانچے کے اندر دراڑوں کو ہٹانے کی معقول صلاحیت کی وجہ سے تقویت یافتہ کاربن کاربن تھرمل شاک کے لیے انتہائی مزاحم ہے۔ تھرمل شاک کی پیمائش کے لیے، امپلس ایکسائٹیشن تکنیک ایک مفید ذریعہ ثابت ہوئی۔ اس کا استعمال ینگ کے ماڈیولس، شیر ماڈیولس، پوسن کے تناسب اور ڈمپنگ گتانک کی غیر تباہ کن انداز میں پیمائش کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ ایک ہی ٹیسٹ پیس کو مختلف تھرمل شاک سائیکلوں کے بعد ماپا جا سکتا ہے اور اس طرح جسمانی خصوصیات میں بگاڑ کا نقشہ بنایا جا سکتا ہے۔ تھرمل شاک مزاحمت تھرمل شاک مزاحمت کے اقدامات کو تیز رفتار درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے تابع ایپلی کیشنز میں مواد کے انتخاب کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تھرمل شاک مزاحمت کی ایک عام پیمائش زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت کا فرق ہے، جسے مواد کے ذریعے دی گئی موٹائی تک برقرار رکھا جا سکتا ہے۔ طاقت پر قابو پانے والے تھرمل شاک مزاحمت تھرمل شاک مزاحمت کے اقدامات کو تیز رفتار درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے تابع ایپلی کیشنز میں مواد کے انتخاب کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت کی چھلانگ، جو کسی مواد کے ذریعہ پائیدار ہے، کو طاقت پر قابو پانے والے ماڈلز کے لیے اس طرح بیان کیا جا سکتا ہے: جہاں ناکامی کا دباؤ ہے (جو پیداوار یا فریکچر کا دباؤ ہو سکتا ہے)، تھرمل توسیع کا گتانک ہے، ینگ کا ماڈیولس ہے، اور مستقل ہے جس کا انحصار حصہ کی رکاوٹ، مادی خصوصیات اور موٹائی پر ہوتا ہے۔ جہاں ایک نظام کی رکاوٹ مستقل ہے جو پوسن کے تناسب پر منحصر ہے، اور بائیوٹ نمبر پر منحصر ایک غیر جہتی پیرامیٹر ہے، اس کا تخمینہ اس طرح لگایا جا سکتا ہے: موٹائی کہاں ہے، حرارت کی منتقلی کا گتانک کہاں ہے، اور تھرمل چالکتا کہاں ہے۔ کامل حرارت کی منتقلی اگر کامل گرمی کی منتقلی فرض کی جاتی ہے تو، مواد کی طرف سے سپورٹ کی جانے والی زیادہ سے زیادہ گرمی کی منتقلی یہ ہے: پلیٹوں میں گرم جھٹکے کے لیے پلیٹوں میں کولڈ شاک کے لیے فریکچر اسٹریس میں تھرمل شاک مزاحمت کے مطابق مواد کے انتخاب کے لیے ایک میٹریل انڈیکس حاصل شدہ کامل گرمی کی منتقلی کا معاملہ اس لیے ہے: ناقص گرمی کی منتقلی ناقص گرمی کی منتقلی والے معاملات کے لیے مواد کی طرف سے سپورٹ کی جانے والی زیادہ سے زیادہ گرمی کا فرق ہے: گرم جھٹکے کے لیے کولڈ شاک کے لیے ناقص گرمی کی منتقلی کے معاملے میں، تھرمل شاک مزاحمت کے لیے زیادہ گرمی کی منتقلی کا گتانک فائدہ مند ہے۔ ناقص حرارت کی منتقلی کے معاملے کے لیے میٹریل انڈیکس کو اکثر اس طرح لیا جاتا ہے: کامل اور ناقص گرمی کی منتقلی کے دونوں ماڈلز کے مطابق، سرد جھٹکے کے مقابلے گرم جھٹکے کے لیے درجہ حرارت کے بڑے فرق کو برداشت کیا جا سکتا ہے۔ فریکچر کی سختی کنٹرولڈ تھرمل شاک مزاحمت مواد کی فریکچر طاقت کے ذریعہ بیان کردہ تھرمل شاک مزاحمت کے علاوہ، فریکچر میکینکس فریم ورک کے اندر ماڈلز کی بھی وضاحت کی گئی ہے۔ لو اور فلیک نے فریکچر کی سختی پر قابو پانے والی کریکنگ کی بنیاد پر تھرمل شاک کریکنگ کے لیے معیار تیار کیا۔ ماڈل سیرامکس (عام طور پر ٹوٹنے والے مواد) میں تھرمل شاک پر مبنی تھے۔ ایک لامحدود پلیٹ اور موڈ I کریکنگ کو فرض کرتے ہوئے، کریک کی پیش گوئی کی گئی تھی کہ وہ کولڈ شاک کے لیے کنارے سے شروع ہوگی، لیکن گرم شاک کے لیے پلیٹ کے مرکز سے۔ ماڈلز کو مزید آسان بنانے کے لیے کیسوں کو کامل اور ناقص حرارت کی منتقلی میں تقسیم کیا گیا تھا۔ کامل حرارت کی منتقلی مسلسل درجہ حرارت کی چھلانگ کم ہوتی ہے، بڑھتی ہوئی مواصلاتی حرارت کی منتقلی کے ساتھ (اور اس وجہ سے بائیوٹ کی بڑی تعداد)۔ کامل حرارت کی منتقلی کے لیے نیچے دکھائے گئے ماڈل میں اس کی نمائندگی کی گئی ہے جہاں موڈ I فریکچر ٹفنیس ہے، ینگ کا ماڈیولس ہے، تھرمل توسیعی گتانک ہے، اور پلیٹ کی آدھی موٹائی ہے۔ گرم صدمے کے لیے کولڈ شاک کے لیے فریکچر میکانکس میں مواد کے انتخاب کے لیے ایک مادی اشاریہ حاصل شدہ کامل حرارت کی منتقلی کا معاملہ اس لیے ہے: ناقص حرارت کی منتقلی ناقص حرارت کی منتقلی کے معاملات کے لیے، بائیوٹ نمبر پائیدار درجہ حرارت کی چھلانگ میں ایک اہم عنصر ہے۔ تنقیدی طور پر، گرمی کی منتقلی کے ناقص معاملات کے لیے، زیادہ تھرمل چالکتا والے مواد میں تھرمل شاک مزاحمت زیادہ ہوتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، ناقص حرارت کی منتقلی کے معاملے میں تھرمل شاک مزاحمت کے لیے عام طور پر منتخب کردہ میٹریل انڈیکس یہ ہے: کنگری تھرمل شاک کے طریقے فریکچر شروع کرنے کے لیے درجہ حرارت کے فرق کو ولیم ڈیوڈ کنگری نے بیان کیا ہے: جہاں شکل کا عنصر ہے، فریکچر کا دباؤ ہے، تھرمل چالکتا ہے، ینگ کا ماڈیولس ہے، تھرمل توسیع کا گتانک ہے، گرمی کی منتقلی کا گتانک ہے، اور فریکچر مزاحمت کا پیمانہ ہے۔ فریکچر مزاحمت پیرامیٹر ایک عام میٹرک ہے جو مواد کی تھرمل شاک رواداری کی وضاحت کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ فارمولے سیرامک مواد کے لیے اخذ کیے گئے تھے، اور درجہ حرارت سے آزاد مادی خصوصیات کے ساتھ ایک یکساں جسم کے مفروضے بناتے ہیں، لیکن دوسرے ٹوٹنے والے مواد پر اچھی طرح سے لاگو کیا جا سکتا ہے۔ تھرمل شاک ٹیسٹنگ کی جانچ عام استعمال کے دوران درجہ حرارت کے چکروں یا تھرمل شاکس کی وجہ سے ہونے والی ناکامیوں کو تیز کرنے کے لیے مصنوعات کو باری باری کم اور زیادہ درجہ حرارت پر بے نقاب کرتی ہے۔ درجہ حرارت کی انتہا کے درمیان منتقلی بہت تیزی سے ہوتی ہے، 15 ڈگری سیلسیس فی منٹ سے زیادہ۔ سنگل یا ایک سے زیادہ چیمبر والے آلات عام طور پر تھرمل شاک ٹیسٹنگ انجام دینے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ سنگل چیمبر تھرمل شاک کا سامان استعمال کرتے وقت، مصنوعات ایک چیمبر میں رہتی ہیں اور چیمبر کی ہوا کا درجہ حرارت تیزی سے ٹھنڈا اور گرم ہوتا ہے۔ کچھ آلات لفٹ میکانزم کے ساتھ علیحدہ گرم اور ٹھنڈے چیمبروں کا استعمال کرتے ہیں جو مصنوعات کو دو یا زیادہ چیمبروں کے درمیان منتقل کرتے ہیں۔ شیشے کے کنٹینر درجہ حرارت میں اچانک ہونے والی تبدیلیوں کے لیے حساس ہو سکتے ہیں۔ جانچ کے ایک طریقہ میں ٹھنڈے پانی سے گرم پانی کے غسل اور پیچھے کی طرف تیزی سے حرکت شامل ہے۔ تھرمل شاک کی ناکامی کی مثالیں کوارٹزائٹ جیسی ایسک رگوں پر مشتمل سخت چٹانوں کو پہلے آگ لگانے کا استعمال کرتے ہوئے توڑا جاتا تھا، جس میں لکڑی کی آگ سے چٹان کے چہرے کو گرم کرنا، پھر دراڑوں کی نشوونما کو فروغ دینے کے لیے پانی سے بجھانا شامل ہوتا تھا۔ اسے ڈیوڈورس سکولس نے مصری سونے کی کانوں، پلینی دی ایلڈر، اور جارج ایگریکولا میں بیان کیا ہے۔ برف کے کیوب گرم پانی کے گلاس میں تھرمل شاک کے ذریعے پھٹ جاتے ہیں کیونکہ بیرونی سطح درجہ حرارت میں اندرونی سطح سے کہیں زیادہ تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ بیرونی پرت گرم ہونے کے ساتھ پھیلتی ہے، جبکہ اندرونی حصہ بڑی حد تک تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ مختلف تہوں کے درمیان حجم میں یہ تیزی سے تبدیلی برف میں تناؤ پیدا کرتی ہے جو اس وقت تک بنتی ہے جب تک کہ قوت برف کی طاقت سے تجاوز نہ کر جائے، اور دراڑ بن جاتی ہے، بعض اوقات کنٹینر سے برف کے ٹکڑوں کو باہر نکالنے کے لیے کافی طاقت کے ساتھ۔ تاپدیپت بلب جو کچھ عرصے سے چل رہے ہیں ان کی سطح بہت گرم ہوتی ہے۔ ان پر ٹھنڈا پانی چھڑکنے سے تھرمل شاک کی وجہ سے شیشہ ٹوٹ سکتا ہے، اور بلب پھٹ سکتا ہے۔ ایک قدیم کاسٹ آئرن کک اسٹو ٹانگوں پر ایک سادہ لوہے کا ڈبہ ہوتا ہے، جس میں کاسٹ آئرن ٹاپ ہوتا ہے۔ ڈبے کے اندر لکڑی یا کوئلے کی آگ لگائی جاتی ہے اور کھانا ڈبے کی اوپری بیرونی سطح پر تلی کی طرح پکایا جاتا ہے۔ اگر آگ کو بہت زیادہ گرم کیا جاتا ہے، اور پھر چولہے کو اوپر کی سطح پر پانی ڈال کر ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو تھرمل شاک کی وجہ سے یہ پھٹ جائے گا۔ یہ وسیع پیمانے پر قیاس کیا جاتا ہے کہ لبرٹی بیل کاسٹ کرنے کے بعد اسے بہت تیزی سے ٹھنڈا ہونے دیا گیا جس سے گھنٹی کی سالمیت کمزور ہو گئی اور اس کے نتیجے میں پہلی بار بجتے ہی اس کے کنارے ایک بڑی دراڑ پڑ گئی۔ اسی طرح، درجہ حرارت کا مضبوط میلان (پانی کے ساتھ آگ بجھانے کی وجہ سے) تیسری زار گھنٹی کے ٹوٹنے کا سبب بنتا ہے۔ اندرونی دہن انجنوں میں ہیڈ گیسکٹ کی ناکامی میں تھرمل شاک بنیادی معاون ہے۔ بائیوٹ نمبر امپلس ایکسائٹیشن تکنیک خود بخود شیشے کے ٹوٹنے کے تناؤ کے حوالہ جات مواد کا انحطاط لیزر سائنس حرارت کی منتقلی کا درجہ حرارت بھی دیکھیں۔