مقدمة
إلى جانب التوصيل الحراري، λ، تُعدّ الموصلية الحرارية (أ) معلمة فيزيائية حرارية مهمة. وعلى النقيض من الموصلية الحرارية، التي تصف انتقال الحرارة الثابت، فإن الانتشار الحراري، α، هو معلمة لانتقال الحرارة العابر للمادة. لحساب الموصلية الحرارية، يلزم وجود معلمة الانتشار الحراري، أ، بالإضافة إلى السعة الحرارية النوعية، cp، والكثافة، ρ:
λ = α-cp-ρ
تعتمد السعة الحرارية النوعية على التركيب الكيميائي فقط. الكثافة هي دالة للبنية العيانية للمادة (على سبيل المثال، المسام). تعتمد الانتشارية الحرارية على البنية الكلية، ولكنها تعتمد أيضًا جزئيًا على البنية المجهرية للعينة.
في ما يلي، يظهر الانتشار الحراري لعينة النحاس كدالة لحجم الحبيبات. وكقاعدة عامة، كلما كان حجم الحبيبات أصغر (= كلما زادت حدود الحبيبات)، انخفضت الانتشارية الحرارية. يتميز هيكل عينة النحاس، الذي يتم إنتاجه عن طريق التصنيع الإضافي، بالعديد من الحبيبات الصغيرة وبالتالي العديد من الحدود الحبيبية بسبب دورات التسخين القصيرة نسبيًا ودورات التبريد السريعة. ينتج عن تقسية العينة (ساعة واحدة عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية) بنية ذات حبيبات أكبر بكثير وبالتالي عدد أقل من الحدود الحبيبية. تظهر مقارنة بين البنى المجهرية في الشكل 1.
شروط القياس
تم قياس الانتشار الحراري في درجة حرارة الغرفة للعينتين النحاسيتين باستخدام جهاز LFA 467 HyperFlash®. كان قطر عينات LFA 12.7 مم وسمكها 3 مم. طُليت العينات طلاءً خفيفًا، ولكن ليس معتمًا، بالجرافيت قبل القياس لتحسين خصائص الانبعاث والامتصاص لعينات النحاس.
نتائج القياس
تم تلخيص النتائج في الجدول 1. تُظهِر العينة المخففة، التي تبلغ 116.88 مم²/ثانية، قيمة النحاس النقي تقريبًا في الأدبيات عند 117 مم²/ثانية [1]. تُظهر عينة النحاس مباشرةً بعد التصنيع المضاف، مع بنية مجهرية أصغر حبيبات، انتشارًا حراريًا أقل بكثير يبلغ 108.97 ملم²/ثانية.
الخاتمة
إن LFA هي طريقة قياس غير تلامسية يمكنها حل الاختلافات الصغيرة بشكل موثوق، مثل تلك الناتجة عن التغير في البنية المجهرية، دون التأثير المزعج لمقاومة التلامس.
شكر وتقدير
نود أن نشكر شركة Infinite Flex GmbH على التصنيع الإضافي وتلطيف عينات النحاس وجامعة بايرويت، قسم المعادن، على توفير الصور المجهرية.
الجدول 1: الانتشار الحراري للنحاس النقي بهياكل مختلفة في درجة حرارة الغرفة
| العينة | الانتشار الحراري/ملم مربع/ثانية | الانحراف عن القيمة الأدبية للنحاس النقي |
|---|---|---|
| النحاس، بعد التصنيع المضاف مباشرةً | 108.97 | -6.8% |
| نحاس، مخفف (1 ساعة عند 1000 درجة مئوية) | 116.88 | -0.1% |