Diffusivité thermique et méthode du flash laser
Source : Elise S.D. Buki, Danielle N. Beatty, et Taylor D. Sparks, Department of Materials Science and Engineering, The University of Utah, Salt Lake City, UT
La méthode laser flash (LFA) est une technique utilisée pour mesurer la diffusion thermique, une propriété spécifique au matériau. La diffusion thermique est le rapport entre la quantité de chaleur et la quantité de chaleur stockée dans un matériau. Il est lié à
la conductivité thermique ( ), combien de chaleur est transférée à travers un matériau en raison d'un gradient de température, par la relation suivante:
(Équation 1)
où est la densité du matériau et Cp est la capacité thermique spécifique du matériau à la température d'intérêt donnée. La diffusion thermique et la conductivité thermique sont des propriétés matérielles importantes utilisées pour évaluer comment les matériaux transfèrent la chaleur (énergie thermique) et réagissent aux changements de température. Les mesures thermiques de diffusion sont obtenues le plus souvent par la méthode thermique ou laser flash. Dans cette technique, un échantillon est chauffé en le pulsant avec un flash laser ou xénon d'un côté mais pas de l'autre, induisant ainsi un gradient de température. Ce gradient de température entraîne la propagation de la chaleur à travers l'échantillon vers le côté opposé, chauffant l'échantillon au fur et à mesure. De l'autre côté, un détecteur infrarouge lit et signale le changement de température par rapport au temps sous la forme d'un thermogramme. Une estimation de la diffusion thermique est obtenue après que ces résultats sont comparés et adaptés aux prédictions théoriques en utilisant un modèle de moindre carré.
La méthode flash laser est la seule méthode qui est soutenue par plusieurs normes (ASTM, BS, JIS R) et est la méthode la plus largement utilisée pour déterminer la diffusion thermique.
- Allumez la machine et attendez la fin du processus d'échauffement (environ 2 heures).
- Remplissez le compartiment détecteur d'azote liquide à l'aide d'un petit entonnoir jusqu'à ce que la vapeur d'azote puisse être vue provenant du détecteur. Laissez le liquide se déposer jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de vapeur sortant et fermez le détecteur.
- Mesurez l'épaisseur de votre échantillon à l'utilisation d'un micromètre sur plusieurs taches et calculez l'épaisseur moyenne et l'écart type. Les bords de l'écha...
Les figures 1, 2 et 3 montrent les données d'un échantillon Standard de l'ALF. Les figures 1 et 2 montrent des impulsions laser par rapport à des diagrammes temporels pour deux températures (48,2 oC et 600 oC); la trace bleue montre l'impulsion laser recueillie de l'échantillon de fer et la mince ligne rouge montre l'impulsion calculée du modèle Cowan. Les deux impulsions de température s'adaptent bien au modèle parce qu'il s'agit d'un matériau standard bien défini. En généra...
La méthode du flash laser est une technique largement utilisée pour la détermination de la diffusion thermique qui consiste à radier un côté d'un échantillon avec de l'énergie thermique (à partir d'une source laser) et à placer un détecteur d'IR de l'autre côté pour capter le pouls. La large gamme de température des différents modèles permet de mesurer sur différents types d'échantillons. La LFA nécessite des échantillons relativement petits. D'autres outils qui mesurent la conductivité thermique dir...
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