Einleitung
Thermophysikalische Eigenschaften wie TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit, spezifische Wärme und WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit sind entscheidende Parameter zur Optimierung der Herstellung und Anwendung von Grobkeramiken. Seit Jahrzehnten wurden diese Eigenschaften mittels stationärer Methoden (z.B. Plattenapparatur) oder standardisierter, nichtstationärer Techniken wie dem Heißdrahtverfahren (siehe TCT 426 in Abbildung 1) bestimmt. Diese Methoden sind jedoch auf kleine Probengrößen und niedrige Wärmeleitfähigkeiten beschränkt und sind zudem sehr zeitaufwändig.
Flashmethoden sind kontaktlose Messtechniken, mit denen Materialien mit hohen Wärmeleitfähigkeiten problemlos untersucht werden können. Zusätzlich sind Flashmethoden absolute Techniken zur Bestimmung der TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit. Moderne Apparaturen (siehe LFA in Abbildung 2) erlauben oftmals die simultane Bestimmung der spezifischen Wärme eines Materials, sodass die Berechnung der WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit ohne weitere Messungen möglich ist. Da Flashmethoden auf homogene Proben mit kleinen Dimensionen beschränkt sind, wurden sie zur Analyse inhomogener grober Keramiken bislang nicht eingesetzt. Nun wird jedoch durch Einsatz moderner, hoch empfindlicher Systeme die Untersuchung von größeren Proben möglich [1]. Die schnellen Testzeiten der Flashmethode erlauben zusätzlich Messungen verschiedener Proben, die aus dem Ziegel einfach entnommen werden können. In der hier beschriebenen Arbeit sind die Ergebnisse aus Laserflash- und Heißdraht-Messungen an einem Ziegel mit Siliziumkarbid und einem Magnesia-Spinell-Ziegel verglichen. Die Messungen wurden an verschiedenen kleinen Proben des selben Materials durchgeführt, um die Homogenität des Materials sowie die Reproduzierbarkeit der Methoden zu überprüfen.
Messergebnisse
In Abbildung 3 sind die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeitsmessungen an einem Magnesia-Spinell-Ziegel (Abbildung 4) mittels LFA 427 und TCT 426 gezeigt. Die gestrichelte Linie stellt die Mittelwerte (Fehlerbalken ±10 %) der kombinierten Daten der zwei verschiedenen Methoden dar. Es ist klar ersichtlich, dass die meisten Werte dieser unabhängigen LFA- und TCT-Messungen im Bereich von ±10% vom Durchschnitt liegen. Dies veranschaulicht die hohe Genauigkeit beider Systeme.
Des weiteren zeigt die Abweichung zwischen den verschiedenen Proben den möglichen Wärmeleitfähigkeitsbereich aufgrund der Inhomogenität des Magnesia-Spinell-Ziegels. Ein ähnlicher Vergleich von LFA- und TCT-Messungen am Ziegel mit Silikonkarbid (Abbildung 6) ist in Abbildung 5 dargestellt. Die unabhängigen Messwerte liegen wiederum alle im Bereich von ±10 % der Durchschnittswerte der zwei kombinierten Methoden.
Fazit
Die gute Übereinstimmung zwischen den Ergebnisse erhalten mit den zwei unterschiedlichen Methoden Laserflash und Heißdraht zeigen deutlich, dass beide Methoden gut geeignet sind, um Feuerfest-Materialien mit hoher Genauigkeit zu analysieren. Die NETZSCH-Modelle LFA 427 und TCT 426 können solche Proben ohne Probleme messen. Mittels LFA lassen sich Messergebnisse schnell und mit hoher Genauigkeit erhalten. Die Messgeschwindigkeit kompensiert kleine Probendimensionen, da mehr Proben mit einem höheren Probendurchsatz untersucht werden können. Mit dem TCT kann man ganze Ziegel testen und die Messung erfasst mehr oder weniger die gesamte Wärmeleitfähigkeit einschließlich Inhomogenitäten in einem Messdurchgang.