Въведение
Неодимовите сплави са ключови материали за съвременни приложения с висока производителност. По-конкретно, те се използват като основа за високопроизводителни постоянни магнити в електродвигатели, генератори, вятърни турбини, сензори и твърди дискове. Наред с магнитните свойства, термофизичните характеристики на неодимовите сплави също играят решаваща роля. При високи плътности на мощността и нарастващи работни температури топлинната дифузия, специфичната топлинна мощност и топлинната проводимост оказват значително влияние върху термичното поведение на материала. Тези свойства са от съществено значение за ефективното управление на топлината, за да се избегне локално прегряване и да се гарантира дългосрочна стабилност на материала и функционалността.
Познаването на топлинната дифузия е от особено значение в този контекст, тъй като тя описва колко бързо се разпространява промяната в температурата в материала. В комбинация с плътността и специфичната топлинна мощност от това може да се определи топлинната проводимост – централен параметър при проектирането на компоненти, подложени на термично натоварване.
Метод и условия за измерване
Термофизичните свойства на неодимовата сплав бяха определени с помощта на LFA 717 HyperFlash® HT. Лазерният импулсен анализ е един от най-утвърдените методи за измерване на топлинната проводимост и се характеризира с висока точност и кратко време за измерване. По време на измерването предната повърхност на пробата се възбужда с кратък енергиен импулс, а полученото повишение на температурата на задната повърхност се регистрира без контакт с инфрачервен детектор. Въз основа на математическо пригаждане на кривата термичната дифузия се определя от измерения сигнал.
В допълнение към топлинната дифузия, специфичната топлинна мощност също беше определена чрез LFA съгласно метода на сравнението. За тази цел беше използван меден еталон с известни термофизични свойства. Въз основа на топлинната дифузия, специфичната топлинна мощност и плътността, след това беше изчислена топлинната проводимост. Точните условия на измерване са посочени в Таблица 1.
Таблица 1: Условия за измерване
| Материал | Сплав от неодим |
| Носител на пробата | Ø 8 mm, SiC |
| Температурна програма | От стайна температура до 800 °C; интервали от 50 K |
| Размери на пробата | Ø 8 mm, дебелина: 2,8 mm |
| Покритие | Графит |
| Референция заСпецифичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp | Чист Cu |
| Атмосфера | Аргон |
| Скорост на нагряване | 10 K/min |
| Енергия на импулса | 250 V / 600 μs |
Резултати и обсъждане
На фигура 1 са показани топлинната дифузия, специфичната топлинна мощност и топлинната проводимост на изследваната неодимова сплав в диапазона от стайна температура до 800 °C. С повишаването на температурата всички термофизични характеристики имат тенденция да се увеличават. В диапазона от около 300 °C до 350 °C обаче специфичната топлинна мощност показва ясен максимум, докато топлинната дифузия едновременно с това достига локален минимум. Това взаимосвързано поведение показва преход, свързан с трансформацията на Кюри на сплавта.
И двете свойства са чувствителни към структурни или магнитни промени в материала и позволяват ясно определяне на съответния температурен диапазон.
Изчислената топлинна проводимост обаче не показва ясно изразен преходен пик, а нараства почти непрекъснато в целия диапазон на измерване. Това поведение се дължи на факта, че противоположните ефекти от повишената специфична топлинна мощност и намалената топлинна дифузия до голяма степен се компенсират взаимно при изчисляването на топлинната проводимост. Поради това влиянието на прехода е много по-слабо изразено в топлинната проводимост, отколкото в директно измерените индивидуални параметри.
Резултатите показват, че чрез комбинираното определяне на топлинната дифузия и специфичната топлинна мощност с помощта на LFA термофизичното поведение на материалите може да бъде оценено по-точно. По-специално, температурно-зависимите аномалии, като например тези, които могат да възникнат в близост до прехода на Кюри, могат да бъдат надеждно открити и интерпретирани въз основа на отделните параметри.
Обобщение
Това LFA 717 HyperFlash® HT позволява прецизно определяне на термичните свойства при високи температури, особено чрез безконтактния метод „лазерна светкавица“ за измерване на топлинната дифузия. В комбинация с еталонни проби и Density Determination, специфичната топлинна мощност и топлинната проводимост също могат да бъдат надеждно определени.