Tepelná difuzivita kovů v závislosti na velikosti zrn

Úvod

Vedle tepelné vodivosti λ je důležitým termofyzikálním parametrem Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita a. Na rozdíl od tepelné vodivosti, která popisuje stacionární přenos tepla, je Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita, α, parametrem pro přechodový přenos tepla materiálem. K výpočtu tepelné vodivosti je kromě měrné tepelné kapacity _{Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp} a hustoty ρ zapotřebí také Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita a:

λ = _{α-Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp-ρ}

Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.Měrná tepelná kapacita závisí pouze na chemickém složení. HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. Hustota je funkcí makroskopické struktury materiálu (např. pórů). Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita závisí na makrostruktuře, ale částečně také na mikrostruktuře vzorku.

V následujícím textu je znázorněna Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita vzorku mědi v závislosti na velikosti zrn. Zpravidla platí, že čím menší je velikost zrn (= čím více hranic zrn), tím nižší je Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita. Struktura vzorku mědi vyrobeného aditivní výrobou se vyznačuje mnoha small zrnky, a tedy i mnoha hranicemi zrn, a to v důsledku relativně krátkých cyklů ohřevu a rychlého ochlazování. Temperováním vzorku (1 h při 1000 °C) získáme strukturu s výrazně většími zrny, a tedy s menším počtem hranic zrn. Srovnání mikrostruktur je znázorněno na obrázku 1.

Podmínky měření

Měření tepelné difuzivity při pokojové teplotě dvou měděných vzorků bylo provedeno pomocí přístroje LFA 467 HyperFlash^®. Vzorky LFA měly průměr 12,7 mm a tloušťku 3 mm. Vzorky byly před měřením lehce, ale ne neprůhledně, potaženy grafitem, aby se zlepšily emisní a absorpční vlastnosti měděných vzorků.

Výsledky měření

Výsledky jsou shrnuty v tabulce 1. Temperovaný vzorek s hodnotou 116,88 mm²/s vykazuje téměř stejnou hodnotu jako čistá měď s hodnotou 117 mm²/s [1]. Vzorek mědi bezprostředně po aditivní výrobě, s méně zrnitou mikrostrukturou, vykazuje výrazně nižší tepelnou difuzivitu 108,97 mm²/s.

Závěr

LFA je bezkontaktní měřicí metoda, která dokáže spolehlivě rozlišit i rozdíly small, například rozdíly způsobené změnou mikrostruktury, bez rušivého vlivu kontaktních odporů.

Poděkování

Rádi bychom poděkovali společnosti Infinite Flex GmbH za aditivní výrobu a temperování měděných vzorků a Univerzitě Bayreuth, katedře kovů, za poskytnutí mikrofotografií.

Tabulka 1: Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita čisté mědi s různými strukturami při pokojové teplotě