مقدمة
تُعد الخواص الفيزيائية الحرارية مثل الانتشار الحراري والحرارة النوعية والتوصيل الحراري من المعلمات الحاسمة لتحسين إنتاج وتطبيق السيراميك الخشن. وعلى مدى عقود، تم تحديد هذه الخصائص من خلال طرق ثابتة (على سبيل المثال، تقنية اللوح الساخن المحمي) أو تقنيات عابرة موحدة مثل طريقة الأسلاك الساخنة وفقًا للمواصفة القياسية ISO 8894 (انظر TCT 426 في الشكل 1). ومع ذلك، تقتصر هذه الطرق على أحجام العينات الكبيرة والتوصيلات الحرارية المنخفضة. علاوة على ذلك، تستغرق هذه الطرق وقتًا طويلاً جدًا.
طرق الوميض هي تقنيات قياس غير تلامسية ويمكنها التعامل مع المواد ذات الموصلية الحرارية العالية دون أي صعوبات. بالإضافة إلى ذلك، فإن طرق الوميض هي طرق مطلقة لتحديد الانتشار الحراري. وغالبًا ما تسمح الأدوات الحديثة (انظر LFA 427 في الشكل 2) أيضًا بالقياس المتزامن للحرارة النوعية للمادة بحيث يمكن تحديد التوصيلية الحرارية دون قياسات إضافية. ونظرًا لأن طرق الوميض تقتصر على العينات المتجانسة ذات الأبعاد الصغيرة، لم يتم استخدام هذه الطرق لتحليل السيراميك الخشن غير المتجانس. ومع ذلك، باستخدام أحدث الأنظمة عالية الحساسية، أصبح اختبار العينات الأكبر حجمًا ممكنًا الآن [1]. بالإضافة إلى ذلك، تسمح أوقات الاختبار السريعة لطرق الوميض بإجراء قياسات لعينات مختلفة مأخوذة من القرميد دون بذل المزيد من الجهود. في العمل الموصوف هنا، تتم مقارنة النتائج من وميض الليزر وقياسات الأسلاك الساخنة على قرميد يحتوي على كربيد السيليكون وقرميد المغنيسيا-سبينيل. تم إجراء القياسات على عدة عينات صغيرة من نفس المادة للتحقق من تجانس المادة وقابلية استنساخ الطرق.
نتائج الاختبار
يصور الشكل 3 نتائج قياسات التوصيل الحراري على قرميد المغنيسيا-سبينيل (الشكل 4) باستخدام LFA 427 وTCT 426. يمثل الخط المتقطع متوسط القيم (شريط الخطأ ± 10%) للبيانات المجمعة من الطريقتين المختلفتين. يمكن أن نرى بوضوح أن معظم قيم قياسات LFA و TCT المستقلة تقع في نطاق ± 10% من المتوسط. وهذا يوضح الدقة العالية لكلا النظامين.
وعلاوة على ذلك، يُظهر الانحراف بين العينات المختلفة النطاق المحتمل للتوصيل الحراري بسبب عدم تجانس قرميد المغنيسيا والسبينيل. وتظهر في الشكل 5 مقارنة مماثلة لقياسات LFA و TCT على القرميد المحتوي على كربيد السيليكون (الشكل 6). ومرة أخرى، تكون جميع قيم القياس المستقلة في حدود ± 10% من متوسط البيانات من الطريقتين مجتمعتين.
الخاتمة
يُظهر الاتفاق الجيد بين النتائج التي تم الحصول عليها بالطريقتين المختلفتين وميض الليزر والسلك الساخن بوضوح أن كلتا الطريقتين مناسبتان جدًا لتحليل الحراريات بدقة عالية. ومع ذلك، يوفر طراز NETZSCH LFA 427 العديد من المزايا. يمكن تحقيق نتائج الاختبار بسرعة وبدقة عالية. تعوض سرعة القياس عن أبعاد العينة الصغيرة حيث يمكن اختبار المزيد من العينات بإنتاجية أعلى للعينة. تستغرق قياسات TCT وقتًا أطول بكثير بسبب أبعاد العينة الضخمة ووقت التثبيت الطويل. ومع ذلك، فإن طريقة الأسلاك الساخنة وفقًا للمواصفة القياسية ISO 8894 مطلوبة بشدة للمواد الحرارية.