Temperaturleitfähigkeit und die Laser-Flash-Methode
Quelle: Elise S.D. Buki, Danielle N. Beatty und Taylor D. Sparks, Department of Materials Science and Engineering, The University of Utah, Salt Lake City, UT
Die Laserblitzmethode (LFA) ist eine Technik zur Messung der thermischen Diffusivität, einer materialspezifischen Eigenschaft. Die thermische Diffusivität () ist das Verhältnis, wie viel Wärme im Verhältnis zu der Menge der Wärme in einem Material gespeichert wird. Es hängt mit der
Wärmeleitfähigkeit ( ), wie viel Wärme durch ein Material aufgrund eines Temperaturgradienten übertragen wird, durch die folgende Beziehung:
(Gleichung 1)
wobei die Dichte des Materials und Cp die spezifische Wärmekapazität des Materials bei der gegebenen Temperatur von Interesse ist. Sowohl die thermische Diffusivität als auch die Wärmeleitfähigkeit sind wichtige Materialeigenschaften, die verwendet werden, um zu beurteilen, wie Materialien Wärme übertragen (thermische Energie) und auf Temperaturänderungen reagieren. Thermische Diffusivitätsmessungen werden am häufigsten mit dem Thermischen oder Laserblitzverfahren durchgeführt. Bei dieser Technik wird eine Probe erhitzt, indem sie mit einem Laser- oder Xenonblitz auf der einen Seite, aber nicht auf der anderen Seite pulsiert und so einen Temperaturgradienten induzieren wird. Dieser Temperaturgradient führt dazu, dass sich die Wärme durch die Probe zur gegenüberliegenden Seite ausbreitet und die Probe erhitzt. Auf der gegenüberliegenden Seite liest und meldet ein Infrarotdetektor die Temperaturänderung in Form eines Thermogramms in Zeitform. Eine Schätzung der thermischen Diffusivität wird nach dem Vergleich dieser Ergebnisse ermittelt und passt zu theoretischen Vorhersagen mit einem Modell mit den kleinsten Quadraten.
Die Laserblitzmethode ist die einzige Methode, die von mehreren Standards (ASTM, BS, JIS R) unterstützt wird und die am weitesten verbreitete Methode zur Bestimmung der thermischen Diffusivität ist.
- Schalten Sie die Maschine ein und warten Sie, bis der Aufwärmvorgang beendet ist (ca. 2 Stunden).
- Füllen Sie das Detektorfach mit flüssigem Stickstoff mit einem kleinen Trichter auf, bis der Stickstoffdampf vom Detektor kommend zu sehen ist. Lassen Sie die Flüssigkeit absetzen, bis kein Dampf mehr herauskommt, und schließen Sie den Detektor.
- Messen Sie die Dicke Ihrer Probe mit einem Mikrometer über mehrere Stellen und berechnen Sie die durchschnittliche Dicke und die Standardabweichung. Die Kanten der Probe so...
Die Abbildungen 1, 2 und 3 zeigen die Daten eines LFA-Laufs einer Eisenstandardprobe. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen Laserpuls-gegen-Zeit-Plots für zwei Temperaturen (48,2°C und 600°C); Die blaue Spur zeigt den gesammelten Laserpuls aus der Eisenprobe und die dünne rote Linie zeigt den berechneten Puls aus dem Cowan-Modell. Beide Temperaturimpulse passen gut zum Modell, da es sich um ein genau definiertes Standardmaterial handelt. Im Allgemeinen stimmen experimentell berechnete Werte ...
Die Laserblitzmethode ist eine weit verbreitete Technik zur Bestimmung der thermischen Diffusivität, die darin besteht, eine Seite einer Probe mit thermischer Energie (aus einer Laserquelle) auszustrahlen und einen IR-Detektor auf der anderen Seite zu platzieren, um den Puls aufzunehmen. Der große Temperaturbereich verschiedener Modelle ermöglicht die Messung an verschiedenen Probentypen. Die LFA benötigt relativ kleine Proben. Andere Werkzeuge, die die Wärmeleitfähigkeit direkt messen, anstatt die thermische Diffu...
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