热衍率与激光闪光方法

Overview

资料来源:犹他州大学材料科学与工程系Elise S.D.Buki、Danielle N. Beatty和Taylor D. Sparks,犹他州大学盐湖城分校

激光闪光法(LFA)是一种用于测量热扩散率的技术,这是一种材料特定的特性。热扩散率 (*) 是热传导量与材料中存储的热量的比率。它与导热性()Equation 1有关,即温度梯度通过材料传递的热量,通过以下关系:

Equation 2(公式 1)

其中 , 是材料的密度, Cp是材料在给定温度下的特定热容量.热扩散率和导热性都是重要的材料特性,用于评估材料如何传递热量(热能)和对温度变化的反应。热扩散测量通常采用热或激光闪光方法。在这项技术中,样品通过用激光或Xenon闪光灯在一侧加热,而不是另一侧,从而产生温度梯度。此温度梯度导致热量通过样品向另一侧传播,使样品在进行时加热。另一侧,红外探测器以热图的形式读取并报告与时间有关的温度变化。在比较这些结果后,获得热扩散率的估计值,并使用最小二乘模型与理论预测拟合。

激光闪光法是多种标准(ASTM、BS、JIS R)支持的唯一方法,是确定热扩散率的最广泛使用的方法。

Procedure
  1. 打开机器并等待预热过程结束(大约 2 小时)。
  2. 使用小漏斗将液氮填充探测器舱,直到可以看到来自探测器的氮气。让液体沉淀,直到不再有蒸汽流出并关闭探测器。
  3. 用微米在多个点测量样品的厚度,并计算平均厚度和标准偏差。样品的边缘应介于 6mm 和 25.4mm 之间,具有圆形或矩形的平面几何形状。此外,样品的厚度应均匀,在1mm至4mm之间。 高热扩散率样品最适合较厚的样品。在这里,我们使用的是标准铁盘样品。
  4. 为了最大限度地提高样品的吸光性并确保均匀的发射率,使用胶体石墨在样品上喷涂薄薄的石墨涂层。重复三次,使样品在刀路之间干燥。完成第一侧后,小心翻转样品并喷洒另一侧。
  5. 干燥后,将样品放在小样品支架的下半部分,用样品支撑的上半部分覆盖。
  6. 同时按下机器右侧的安全按钮和机器前侧的按钮,用向下箭头标记炉子,打开炉子。顺时针向下旋转探测器,以便在熔炉周围具有更大的移动性。
  1. 熔炉中的样品级有三个位置,用于保存样品。将包含样品的样品支架放在三个位置之一(注意其中一个位置),然后在关闭熔炉之前重新对齐探测器和炉子。为此,用向上箭头按安全

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Results

图 1、2 和图 3 显示了铁标准样本的 LFA 运行数据。图 1 和图 2 显示了两个温度(48.2°C 和 600°C)的激光脉冲与时间图;蓝色轨迹显示从铁样品收集的激光脉冲,细红线显示来自 Cowan 模型的计算脉冲。两种温度脉冲都非常适合模型,因为这是定义良好的标准材料。通常,实验计算的值在高温下最符合 Cowan 模型,如在低温下激光脉冲的模型轨迹偏差较大(图 1

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Application and Summary

激光闪光法是一种广泛使用的热扩散率技术,它包括用热能(来自激光源)辐射样品的一侧,并在另一侧放置红外探测器来拾取脉冲。不同型号的温度范围广泛,可测量各种类型的样品。LFA 需要相对较小的样本。直接测量导热性(而非热扩散率)的其他工具包括保护热板、热流计等。保护热板系统可以容纳相对较大的方形样品(300mm x 300mm),需要仔细校准,以计算导热性计算所需的热通量。这?...

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Tags
Thermal DiffusivityLaser Flash MethodHeat TransferTemperature ChangesThermal ConductivityDensitySpecific Heat CapacityMetalPlasticLaser Flash AnalysisLFASample Preparation

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0:07

Overview

1:35

Principles of the Laser Flash Method

3:35

Laser Flash Measurement

7:31

Analysis of the Data

8:41

Applications

10:01

Summary

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