Εισαγωγή
Οι θερμοφυσικές ιδιότητες, όπως η θερμική διάχυση, η ειδική θερμότητα και η θερμική αγωγιμότητα, αποτελούν κρίσιμες παραμέτρους για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής και της εφαρμογής των χονδροειδών κεραμικών. Εδώ και δεκαετίες, οι ιδιότητες αυτές προσδιορίζονται από σταθερές μεθόδους (π.χ. τεχνική προστατευόμενης θερμής πλάκας) ή τυποποιημένες μεταβατικές τεχνικές, όπως η μέθοδος θερμού σύρματος σύμφωνα με το ISO 8894 (βλέπε TCT 426 στο σχήμα 1). Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι περιορίζονται σε μεγέθη δειγμάτων large και σε χαμηλές θερμικές αγωγιμότητες. Επιπλέον, οι μέθοδοι αυτές είναι πολύ χρονοβόρες.
Οι μέθοδοι flash είναι τεχνικές μέτρησης χωρίς επαφή και μπορούν να χειριστούν υλικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας χωρίς δυσκολίες. Επιπλέον, οι μέθοδοι flash είναι απόλυτες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της θερμικής διάχυσης. Τα σύγχρονα όργανα (βλέπε LFA 427 στο σχήμα 2) συχνά επιτρέπουν επίσης την ταυτόχρονη μέτρηση της ειδικής θερμότητας ενός υλικού, ώστε να μπορεί να προσδιοριστεί η θερμική αγωγιμότητα χωρίς πρόσθετες μετρήσεις. Δεδομένου ότι οι μέθοδοι flash περιορίζονται σε ομοιογενή δείγματα με διαστάσεις small, οι μέθοδοι αυτές δεν έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση ανομοιογενών χονδροειδών κεραμικών. Ωστόσο, με τη χρήση υπερσύγχρονων, εξαιρετικά ευαίσθητων συστημάτων, καθίσταται πλέον δυνατή η εξέταση δειγμάτων larger [1]. Επιπλέον, οι γρήγοροι χρόνοι δοκιμής των μεθόδων flash επιτρέπουν τη μέτρηση διαφόρων δειγμάτων που λαμβάνονται από το τούβλο χωρίς περαιτέρω προσπάθειες. Στην εργασία που περιγράφεται εδώ, συγκρίνονται τα αποτελέσματα από τις μετρήσεις με laser flash και τις μετρήσεις με θερμό σύρμα σε τούβλο που περιέχει καρβίδιο πυριτίου και σε τούβλο μαγνησίας-σπινέλιου. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε διάφορα δείγματα small του ίδιου υλικού για να ελεγχθεί η ομοιογένεια του υλικού και η αναπαραγωγιμότητα των μεθόδων.
Αποτελέσματα δοκιμών
Το Σχήμα 3 απεικονίζει τα αποτελέσματα των μετρήσεων θερμικής αγωγιμότητας σε τούβλο μαγνησίας-σπινέλιου (Σχήμα 4) με τη χρήση του LFA 427 και του TCT 426. Η διακεκομμένη γραμμή αντιπροσωπεύει τις μέσες τιμές (γραμμή σφάλματος ±10%) των συνδυασμένων δεδομένων από τις δύο διαφορετικές μεθόδους. Φαίνεται καθαρά ότι οι περισσότερες τιμές των ανεξάρτητων μετρήσεων LFA και TCT βρίσκονται εντός του εύρους ±10% από το μέσο όρο. Αυτό καταδεικνύει την υψηλή ακρίβεια και των δύο συστημάτων.
Επιπλέον, η απόκλιση μεταξύ των διαφόρων δειγμάτων δείχνει το πιθανό εύρος της θερμικής αγωγιμότητας λόγω της ανομοιογένειας του τούβλου μαγνησίας-σπινέλιου. Μια παρόμοια σύγκριση των μετρήσεων LFA και TCT σε τούβλο που περιέχει καρβίδιο του πυριτίου (σχήμα 6) παρουσιάζεται στο σχήμα 5. Και πάλι, οι τιμές των ανεξάρτητων μετρήσεων είναι όλες εντός ±10% των μέσων όρων των δεδομένων από το συνδυασμό των δύο μεθόδων.
Συμπέρασμα
Η καλή συμφωνία μεταξύ των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται με τις δύο διαφορετικές μεθόδους laser flash και hot wire δείχνει σαφώς ότι και οι δύο μέθοδοι είναι πολύ κατάλληλες για την ανάλυση πυρίμαχων υλικών με υψηλή ακρίβεια. Ωστόσο, το μοντέλο LFA 427 της NETZSCH προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα. Τα αποτελέσματα των δοκιμών μπορούν να επιτευχθούν γρήγορα και με υψηλή ακρίβεια. Η ταχύτητα μέτρησης αντισταθμίζει τις διαστάσεις του δείγματος small, καθώς μπορούν να εξεταστούν περισσότερα δείγματα με μεγαλύτερη απόδοση δείγματος. Οι μετρήσεις TCT είναι πολύ πιο χρονοβόρες λόγω της τεράστιας διάστασης του δείγματος και του μεγάλου χρόνου σταθεροποίησης. Ωστόσο, η μέθοδος θερμού σύρματος σύμφωνα με το ISO 8894 είναι ιδιαίτερα απαιτητική για τα πυρίμαχα υλικά.