07.09.2022 by Aileen Sammler
60 let NETZSCH-Gerätebau: Historie laserových zábleskových přístrojů
Od začátku roku slavíme na NETZSCH-Gerätebau GmbH 60leté výročí založení společnosti. V rámci tohoto jubilejního roku představujeme každý měsíc jiný z našich analytických přístrojů a upozorňujeme na jeho vývoj v průběhu desetiletí. Měsíc září věnujeme přístrojům.Analyzátorům s laserovým/zábleskovým světlem, zkráceně označovaným jako LFA.
Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.Tepelná vodivost a difuzivita patří k nejdůležitějším termofyzikálním materiálovým parametrům, které popisují transportní vlastnosti materiálu nebo součásti. Pro přesné měření tepelné difuzivity se laserový přístroj LFA (Laser/Light Flash Apparatur) odlišuje mnohostrannou a přesnou technologií: Přední strana tenkého vzorku ve tvaru disku se zahřívá krátkým laserovým nebo světelným impulzem. Pomocí infračerveného detektoru se měří časový průběh výsledného nárůstu teploty na zadním povrchu vzorku. Z tohoto průběhu lze určit tepelnou difuzivitu.
Laserová metoda nebo metoda světelného záblesku pochází ze studií Parkera a spol. z roku 1961. Jejich tehdejší citace přibližuje výhody této metody: "Elegance metody spočívá v tom, že měření tepelných parametrů, které je obvykle zdlouhavé - jako je absolutní teplota a/nebo množství tepla - je nahrazeno přesnějším, přímým a rychlým měřením času a relativního nárůstu teploty." [Parker et al (1961)]
Dohoda o spolupráci s Centrem jaderného výzkumu v Karlsruhe
Měření tepelné difuzivity v závislosti na teplotě nabývalo na významu již v 80. letech 20. století. Pokud známe tepelnou difuzivitu materiálu nebo součásti, můžeme vypočítat tepelnou vodivost za předpokladu, že známe tloušťku a měrné teplo. Toto stanovení tepelné vodivosti především v závislosti na teplotě bylo důležité, protože právě ono umožnilo poprvé vypočítat rozměry konstrukčních systémů počítačů, reakčních komor v chemické výrobě, leteckých motorů, hnacích mechanismů atd. Také pro technologii odlévání kovů hraje Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost stále důležitou roli.
Všechny existující přístroje byly v té době otevřené systémy; tj. laserový stojan frei. Systém byl uspořádán horizontálně, takže vzorky bylo třeba vkládat vertikálně. Ochranné prostory a laserové brýle tak byly nezbytné.
Na trh přichází první uzavřený systém
Tak se stalo, že v říjnu 1989 byla podepsána dohoda o spolupráci mezi koordinačním oddělením "Technology Transfer" Centra jaderného výzkumu v Karlsruhe, LLC a NETZSCH-Gerätebau, aby společně vyvinuly nový přístroj pro stanovení tepelné difuzivity - známý jako Laser Flash Apparatus. Ústav materiálového výzkumu Centra jaderného výzkumu disponoval know-how v oblasti této měřicí techniky, a to zejména také v oblasti senzorů a laserů; NETZSCH-Gerätebau měl potřebné kapacity z hlediska přesného strojírenství, technologie regulace, řízení a měření a konstrukce pece.
Výsledkem těchto znalostí a 30 let zkušeností byl první uzavřený laserový zábleskový přístroj LFA 427, který byl po krátkém tříletém vývoji uveden na trh v roce 1992.
Pokrýval teplotní rozsah od 20 °C do 2 000 °C.
Celý přístroj se skládal především z držáku vzorku, systému pece s vnitřní komorou, kterou bylo možné evakuovat, laseru pracujícího v pulzním režimu, systému teplotních čidel a příslušné elektroniky pro regulaci, napájení a záznam dat. Počítač - na svou dobu rychlý - zpracovával data a poskytoval užitečné grafické znázornění. LFA 427 byl geniální novinkou, která se poprvé objevila na světovém trhu jako zcela uzavřený systém a dodnes je velmi úspěšná.
Od té doby bylo možné v laboratoři zřizovat přístroje bez nutnosti ochranných opatření proti laserovému světlu. Dokonce i uspořádání vzorků bylo značně zjednodušeno: Vzhledem k tomu, že laser byl nyní uspořádán vertikálně, bylo možné vzorek jednoduše položit, což také znamenalo menší tepelné ztráty držáku.
Ludwig Hagemann, kterému je dnes 85 let, se nedávno rozhodl aktivovat starý notebook DELL s Windows ME 2000 a disketovou jednotkou a nainstaloval na něj Harvard Graphics 3.0 s CorelDRAW 4 a WORD 97 - aby mohl znovu vytvořit staré soubory brožur LFA. Pan Hagemann byl v letech 1991-1999 zaměstnán jako specialista na aplikace na NETZSCH, než odešel do zaslouženého důchodu. LFA byl jeho "dítětem". Děkujeme panu Hagemannovi, který nám poskytl velmi cenné historické materiály.
LFA v jaderném výzkumu
Laserové zábleskové přístroje se používaly a stále používají v oblastech, jako je jaderný výzkum, protože zejména zde je znalost tepelných vlastností používaných materiálů zásadním bezpečnostním faktorem.
Setkání uživatelů LFA
V letech 1995, 1997 a 1999 se uskutečnila první setkání uživatelů LFA; zde se setkali odborníci z terénu s odborníky z NETZSCH, aby diskutovali o příkladech použití a nejnovějším vývoji a seznámili se s novým příslušenstvím. Tato setkání uživatelů vedl tehdejší ředitel naší laboratoře Dr. Jack Henderson.
Příští týden se dozvíte o vývoji nízkoteplotních laserových zábleskových přístrojů, o nových produktech NanoFlash a MicroFlash®® a také o prvním LFA se zdrojem xenonového světla do 1250 °C. Zůstaňte naladěni!