出典:エリーゼ・S・D・ブキ、ダニエル・N・ビーティ、テイラー・D・スパークス、ユタ大学材料工学科、ソルトレイクシティ、UT

レーザーフラッシュ法(LFA)は、熱拡散率、材料固有の特性を測定するために使用される技術です。熱拡散率(α)は、材料にどのくらいの熱が貯蔵されているかについて、どのくらいの熱が伝導されるかの比率です。これは、温度勾配によって材料を通してどれだけ熱が伝達されるかに、次の関係によって熱伝導率()に関連しています。

(式1)

ここで、温度は材料の密度、C_pは目的の温度での材料の比熱容量です。熱拡散率と熱伝導率は、材料が熱(熱エネルギー)をどのように伝達し、温度の変化に反応するかを評価するために使用される重要な材料特性です。熱拡散度測定は、熱またはレーザーフラッシュ法によって最も一般的に得られます。この技術では、サンプルは一方の側にレーザーまたはキセノンフラッシュでパルスすることによって加熱され、他方ではパルスではなく、温度勾配を誘発する。この温度勾配は、サンプルを通して反対側に向かって熱伝播し、サンプルを加熱します。反対側では、赤外線検出器は、サーモグラムの形で時間に関して温度変化を読み取り、報告します。これらの結果を比較し、最小二乗モデルを使用して理論的な予測に適合した後、熱拡散率の推定値が得られます。

レーザーフラッシュ方式は、複数の規格(ASTM、BS、JIS R)でサポートされている唯一の方法であり、熱拡散率を決定するために最も広く使用されている方法です。

1. マシンの電源を入れ、ウォームアッププロセスが終了するのを待ちます(約2時間)。
2. 窒素蒸気が検出器から来るのを見ることができるまで、小さな漏斗を使用して液体窒素で検出器コンパートメントを埋めます。蒸気が出なくなるまで液体を落ち着かせ、探知器を閉じます。
3. いくつかのスポットにわたってマイクロメーターでサンプルの厚さを測定し、平均厚さと標準偏差を計算します。サンプルのエッジは6mmから25.4mmの間で、平らなジオメトリは円形または長方形でなければなりません。さらに、サンプルの厚さは均一で、1mmと4mmの間で、高熱拡散性サンプルは、より厚いサンプルで最適に動作する必要があります。ここでは、標準的な鉄ディスクサンプルを使用しています。
4. 試料の吸光度を最大化し、均一な放射率を確保するために、コロイドグラファイトを用いて試料に黒鉛の薄いコーティングをスプレーする。3回繰り返して、サンプルがパス間で乾燥できるようにします。最初の面で完了したら、慎重にサンプルを反転し、反対側にスプレーします。
5. 乾いたら、サンプルを小さなサンプルサポートの下半分に置き、サンプルサポートの上半分で覆います。
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図1、2、および3は、鉄標準サンプルのLFA実行からのデータを示しています。図1と2は、2つの温度(48.2°Cと600°C)のレーザーパルス対時間プロットを示しています。青いトレースは鉄サンプルから収集されたレーザーパルスを示し、細い赤い線はCowanモデルから計算されたパルスを示す。これはよく定義された標準材料であるため、両方の温度パルスがモデルによく適合?...

レーザーフラッシュ法は、試料の一方の側を熱エネルギーで放射し(レーザー光源から)、IR検出器を反対側に配置してパルスを拾う熱拡散率を測定するために広く使用されている技術です。異なったモデルの温度の広い範囲はさまざまなタイプのサンプルの測定を可能にする。LFAには比較的小さなサンプルが必要です。熱拡散率ではなく、熱伝導率を直接測定するその他のツールには、保護ホ...