Indledning
Neodymlegeringer er nøglematerialer til moderne højtydende anvendelser. De anvendes især som grundlag for højtydende permanentmagneter i elmotorer, generatorer, vindmøller, sensorer og harddiske. Ud over de magnetiske egenskaber spiller neodymlegeringernes termofysiske egenskaber også en afgørende rolle. Ved høje effekttætheder og stigende driftstemperaturer har den termiske diffusivitet, den specifikke varmekapacitet og den termiske ledningsevne en betydelig indflydelse på et materiales termiske adfærd. Disse egenskaber er afgørende for en effektiv termisk styring, der forhindrer lokal overophedning og sikrer langvarig materiale- og funktionsstabilitet.
Kendskab til Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet er her af særlig betydning, da den beskriver, hvor hurtigt en temperaturændring breder sig inden for materialet. I kombination med densiteten og den specifikke varmekapacitet kan den termiske ledningsevne udledes heraf – en central parameter ved dimensionering af termisk belastede komponenter.
Metode og målebetingelser
De termofysiske egenskaber ved neodymlegeringen blev bestemt ved hjælp af LFA 717 HyperFlash® HT. Laserflash-analyse er en af de mest veletablerede metoder til måling af Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne og er kendetegnet ved høj præcision og korte måletider. Under målingen exciteres prøvens forside af en kort energipuls, og den deraf følgende temperaturstigning på bagsiden registreres uden kontakt med en infrarød detektor. Baseret på en matematisk kurvetilpasning bestemmes varmediffusiviteten ud fra det målte signal.
Ud over den termiske diffusivitet blev den specifikke varmekapacitet også bestemt ved hjælp af LFA i henhold til sammenligningsmetoden. Til dette formål blev der anvendt en kobberreference med kendte termofysiske egenskaber. På baggrund af den termiske diffusivitet, den specifikke varmekapacitet og densiteten blev varmeledningsevnen derefter beregnet. De nøjagtige målebetingelser fremgår af tabel 1.
Tabel 1: Målebetingelser
| Materiale | Neodym-legering |
| Prøveholder | Ø 8 mm, SiC |
| Temperaturprogram | Rumtemperatur til 800 °C; intervaller på 50 K |
| Prøvedimensioner | Ø 8 mm, tykkelse: 2,8 mm |
| Belægning | Grafit |
| Reference forSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp | Ren Cu |
| Atmosfære | Argon |
| Opvarmningshastighed | 10 K/min |
| Impulsenergi | 250 V / 600 μs |
Resultater og diskussion
Figur 1 viser den undersøgte neodymlegerings termiske diffusivitet, specifikke varmekapacitet og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne fra stuetemperatur til 800 °C. Når temperaturen stiger, viser alle termofysiske egenskaber en tendens til at stige. I området fra ca. 300 °C til 350 °C viser den specifikke varmekapacitet imidlertid et tydeligt maksimum, mens den termiske diffusivitet samtidig danner et lokalt minimum. Denne sammenhængende adfærd indikerer en overgang, der er relateret til legeringens Curie-transformation.
Begge egenskaber er følsomme over for strukturelle eller magnetiske ændringer i materialet og muliggør en klar identifikation af det relevante temperaturområde.
Den beregnede Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne viser imidlertid ikke et markant overgangstop, men stiger næsten kontinuerligt over hele måleområdet. Denne adfærd skyldes, at de modsatrettede effekter af den øgede specifikke varmekapacitet og den reducerede termiske diffusivitet i vid udstrækning udligner hinanden ved beregningen af varmeledningsevnen. Overgangens indflydelse er derfor langt mindre udtalt i varmeledningsevnen end i de direkte målte individuelle parametre.
Resultaterne viser, at den kombinerede bestemmelse af Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet og Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.specifik varmekapacitet ved hjælp af LFA gør det muligt at vurdere materialers termofysiske adfærd mere nøjagtigt. Især kan temperaturafhængige afvigelser, såsom dem, der kan forekomme tæt på Curie-transformationen, pålideligt påvises og fortolkes på baggrund af de enkelte parametre.
Resumé
Dette LFA 717 HyperFlash® HT muliggør en præcis karakterisering af de termiske egenskaber ved høje temperaturer, især ved hjælp af den berøringsfri laserflash-metode til bestemmelse af Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet. I kombination med referenceprøver og Density Determination kan den specifikke varmekapacitet og varmeledningsevnen også bestemmes pålideligt.