ความเข้ากันได้ทางโครงสร้างของเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์และฐานติดตั้งได้รับผลกระทบโดยตรงจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ซึ่งเป็นการวัดที่สำคัญในการวัดการเปลี่ยนแปลงขนาดวัสดุด้วยความแปรผันของอุณหภูมิ เมื่อส่วนประกอบทั้งสองนี้มีค่า CTE ที่ไม่ตรงกัน วงจรการทำความร้อน-ซ้ำๆ จะทำให้เกิดความเครียดเชิงกลที่ซับซ้อนที่อินเทอร์เฟซ ทำให้เกิดความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นหลายระดับซึ่งครอบคลุมโครงสร้างทางกล ประสิทธิภาพเชิงความร้อน ความสมบูรณ์ของวัสดุ และความปลอดภัยทางไฟฟ้า ความแตกต่างที่สำคัญของ CTE ระหว่างโลหะทั่วไปเป็นสาเหตุของปัญหานี้ ตัวอย่างเช่น ภายใต้ความผันผวนของอุณหภูมิ เหล็กคาร์บอน (11–13×10⁻¹/ องศา ) อลูมิเนียม (23×10⁻◦/ องศา ) และเหล็กสแตนเลส (16–18×10⁻¹/ องศา ) จะขยายตัวในอัตราที่แตกต่างกันมาก ทำให้เกิดการกระจัดและความเค้นสะสมที่ส่วนต่อประสานการเชื่อมต่อ
ความเครียดทางกลที่เกิดจาก CTE ที่ไม่ตรงกันทำให้เกิดความล้มเหลวของโครงสร้างโดยตรง การเชื่อมต่อที่แน่นหนาจะทำให้การขยายตัวไม่สม่ำเสมอในระหว่างการทำความร้อน ซึ่งทำให้เกิดแรงเฉือนที่ข้อต่อ การหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำๆ ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติก ซึ่งอาจปรากฏเป็นความเสียหายต่อพื้นผิวการซีล การดัดงอของแกนเครื่องทำความร้อน การสูญเสียความเรียบของหน้าแปลนยึด หรือการเอียงของโครงสร้างรองรับ พรีโหลดของตัวยึดก็ลดลงเช่นกัน: อุณหภูมิสูงทำให้วัสดุที่ขยายได้มาก "บีบ" ส่วนที่ขยายได้น้อยกว่า ส่งผลให้การเชื่อมต่อเกลียวหลวม ข้อต่อเชื่อมร้าว หมุดย้ำล้มเหลว หรือโครงสร้างแคลมป์ลื่นไถล โดยเฉพาะอย่างยิ่งโบลต์จะต้องทนทุกข์ทรมานจากการเปลี่ยนแปลงแรงดึงในระหว่างรอบความร้อน เสี่ยงต่อการหลุดของเกลียวหรือการแตกหักเมื่อเวลาผ่านไป โดยการเปลี่ยนแปลงการบีบอัดของปะเก็น ทำให้เกิดการเลื่อนสัมพัทธ์ของพื้นผิวซีล การอัดวัสดุซีล หรือการสร้างรอยร้าวขนาดเล็กของอินเทอร์เฟซ CTE ที่ไม่ตรงกันจะลดประสิทธิภาพการซีลสำหรับการใช้งานที่ซีล เช่น เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการรั่วไหลปานกลางและความเสี่ยงด้านความปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย
ความล้มเหลวทางอ้อมเกิดจากการนำความร้อนที่ลดลง แรงกดสัมผัสที่อินเทอร์เฟซเปลี่ยนไปเนื่องจาก CTE ที่ไม่ตรงกัน: การบีบอัดมากเกินไปที่อุณหภูมิสูงทำให้วัสดุเนื้ออ่อนคืบคลาน ในขณะที่แรงกดสัมผัสน้อยเกินไปหลังจากการระบายความร้อนทำให้เกิดช่องว่างอากาศ เมื่อรวมกับการออกซิเดชันของอินเทอร์เฟซที่เข้มข้นขึ้นและการเปลี่ยนแปลงความหยาบระดับไมโคร- ทำให้เพิ่มความต้านทานความร้อนจากการสัมผัส ทำให้อุณหภูมิในการทำงานของเครื่องทำความร้อนสูงขึ้น ประสิทธิภาพลดลง และทำให้อายุการใช้งานสั้นลง การหลุดออกระหว่างเครื่องทำความร้อนและฐานทำให้เกิด "จุดร้อน" ที่มีอุณหภูมิสูงเกินกว่าขีดจำกัดการออกแบบ ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและการเกิดออกซิเดชันเฉพาะจุดของผนังท่อ การเสื่อมสภาพก่อนวัยอันควรของลวดต้านทาน วัสดุฉนวนที่เป็นคาร์บอน และการอ่านเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่บิดเบี้ยว
ปัญหาความล้าและความทนทานของวัสดุจะแย่ลงหากใช้งานเป็นเวลานาน นอกเหนือจากการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้น การเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของขอบเขตเกรน และการตกตะกอนของเฟสเปราะแล้ว ความเครียดจากความร้อนแบบวงจรยังทำให้เกิดและกระจายรอยแตกเมื่อยล้าจากความร้อน โดยเฉพาะที่รอยเชื่อม กระบวนการเหล่านี้ล้วนมีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ข้อบกพร่องระดับจุลภาคไปจนถึงความล้มเหลวในระดับมหภาค อุณหภูมิและความเครียดที่สูงอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดการเสียรูปของการคืบ นำไปสู่การผ่อนคลายความเครียดของตัวยึด การรองรับโครงสร้างที่หย่อนคล้อย การโค้งงอของท่อ และการสูญเสียความเสถียรของมิติ นอกจากนี้ ในสภาพแวดล้อมของอิเล็กโทรไลต์ CTE ที่ไม่ตรงกันจะทำให้การกัดกร่อนแบบกัลวานิกระหว่างโลหะที่แตกต่างกันรุนแรงขึ้น ส่งผลให้เกิดการสะสมของผลิตภัณฑ์ออกไซด์ การกัดกร่อนจากความเค้นแตกร้าว การกัดกร่อนตามรอยแยกที่พื้นผิวสัมผัส และความต้านทานการสัมผัสที่ไม่เสถียร
ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความปลอดภัยก็ลดลงเช่นกัน ความเค้นทางกลทำให้ความต่อเนื่องของพื้นดินอ่อนลง เพิ่มการคายประจุบางส่วน ปรับเปลี่ยนระยะห่างตามผิวฉนวน และวัสดุฉนวนแตกหัก การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าไม่เสถียรเนื่องจากความแตกต่างของการขยายตัว ซึ่งอาจส่งผลให้ขั้วต่อหลวม ความต้านทานต่อการสัมผัสของตัวนำที่สูงขึ้น การแตกหักของความล้าของตะกั่ว และการเคลื่อนตัวของฉนวน การอ่านเซ็นเซอร์อุณหภูมิไม่ถูกต้อง การตอบสนองของฟิวส์ความร้อนล่าช้า หน้าสัมผัสเทอร์โมสตัทไม่เพียงพอ หรือการเปิดใช้งานอินเทอร์ล็อคเพื่อความปลอดภัยที่ไม่ถูกต้อง ล้วนส่งผลให้อุปกรณ์ป้องกันอุณหภูมิทำงานผิดปกติได้ ประสิทธิภาพของระบบและประสิทธิภาพการใช้พลังงานลดลงเมื่อความต้านทานความร้อนสัมผัสที่เพิ่มขึ้นและการสูญเสียความร้อนยืดเวลาการทำความร้อน เพิ่มการใช้พลังงานในสถานะ-ให้คงที่ อุณหภูมิที่สม่ำเสมอแย่ลง และชะลอการตอบสนองทางความร้อน นอกจากนี้ ความเค้นเชิงกลยังบิดเบือนการตรวจจับและการควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งนำไปสู่การสั่นในระบบควบคุม อุณหภูมิเกินพิกัด ปฏิกิริยาการแก้ไขที่ช้า และความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิที่บันทึกไว้กับอุณหภูมิจริง
เพื่อลดความเสี่ยงเหล่านี้ มาตรการเชิงปฏิบัติ ได้แก่ การเลือกการผสมวัสดุที่มีค่า CTE ที่คล้ายกัน การออกแบบโครงสร้างการเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นเพื่อดูดซับความแตกต่างของการขยายตัว การใช้วัสดุการเปลี่ยนผ่านหรือส่วนประกอบการชดเชย การปรับวิธีการยึดและพรีโหลดให้เหมาะสม และดำเนินการทดสอบความต้านทานวงจรความร้อน สรุปแล้ว ความไม่ตรงกันใน CTE ระหว่างฐานยึดกับเครื่องทำความร้อนแบบตลับคือปัญหา-ข้อต่อฟิสิกส์หลายข้อที่เกี่ยวข้องกับกลไกความล้มเหลวที่เป็นความร้อน เครื่องกล ไฟฟ้า และเคมี ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงและความเสี่ยงด้านความปลอดภัย นอกเหนือจากความล้มเหลวทางกลโดยตรง เพื่อให้ระบบทำความร้อนในการใช้งานทางวิศวกรรมมีความเสถียรและยาวนาน- การเลือกใช้วัสดุอย่างมีเหตุผล การออกแบบโครงสร้าง และการควบคุมกระบวนการถือเป็นสิ่งสำคัญ
