Introducción
El molibdeno ha estado disponible como patrón de calor específico del NIST [1] durante varias décadas, aunque no se dispone de mucha información sobre sus propiedades, como la expansión térmica, la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica y la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Según la bibliografía [1, 2, 3, 4], el molibdeno puro no debería mostrar ningún cambio de fase hasta el Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión. Sin embargo, esto es crítico porque es sensible al oxígeno a temperaturas elevadas. Debido a la elevada presión de vapor de los óxidos de molibdeno, el material no suele cambiar de propiedades a causa de la OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación superficial. Los óxidos formados simplemente se evaporan de la superficie. Todas estas propiedades especiales del molibdeno lo convierten en una sustancia razonable para un material estándar multipropiedades.
Experimental
Se realizaron mediciones de diferentes propiedades termofísicas como la expansión térmica, el cambio de DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad, el calor específico y la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica en un material de molibdeno puro (99,99%). Se empleó la dilatometría de varilla de empuje (DIL) para medir la expansión térmica y determinar el cambio de DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad. La calorimetría diferencial de barrido (DSC) se utilizó para medir el calor específico. La Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica se determinó mediante la técnica de flash láser (LFA). Los resultados de las pruebas permiten una visión detallada del comportamiento del material bajo tratamiento térmico y también fue posible determinar la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Se compararon todos los resultados de las pruebas con los datos disponibles en la bibliografía.
Las pruebas se realizaron en diferentes muestras preparadas a partir del bloque original y se midieron entre -125°C y 1400°C. Por lo tanto, fue posible evaluar este material como posible candidato a material estándar para diferentes propiedades termofísicas en un amplio rango de temperaturas.
El molibdeno puro (99,99%) fue suministrado por Plansee SE, Reutte, Austria. Para el análisis se utilizó un bloque large de 30 mm de diámetro y 120 mm de longitud. A partir del bloque cilíndrico, se prepararon diferentes muestras para las distintas técnicas de ensayo. Para cada método de medición, se prepararon dos muestras y se sometieron a ensayo dos o tres veces. Se comprobaron la Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica y la homogeneidad del material y se determinó la repetibilidad de los resultados de las pruebas.
Resultados de las pruebas
En la figura 1 se presentan los resultados de la dilatación térmica medida para las dos muestras diferentes de molibdeno medidas dos veces. La dispersión de los datos entre las muestras y los distintos experimentos se sitúa generalmente dentro de ±1,5%. Teniendo en cuenta la precisión y repetibilidad del instrumento empleado, las influencias de los efectos superficiales y el impacto de la evaporación de óxidos, la dispersión de los datos se encuentra en un rango aceptable. Los resultados no indican inhomogeneidades del material ni cambios en los valores de dilatación térmica entre las distintas series de calentamiento.
En la figura 2 se representan la Expansión volumétricaEl volumen de un gas, un sólido o un líquido cambia si cambian la temperatura, la presión o las fuerzas que actúan sobre ese gas/sólido/líquido. En el caso del análisis térmico, nos fijamos en los cambios dependientes de la temperatura.expansión volumétrica y el cambio de DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad del molibdeno en función de la temperatura. La Expansión volumétricaEl volumen de un gas, un sólido o un líquido cambia si cambian la temperatura, la presión o las fuerzas que actúan sobre ese gas/sólido/líquido. En el caso del análisis térmico, nos fijamos en los cambios dependientes de la temperatura.expansión volumétrica se determinó a partir de la expansión térmica medida, suponiendo un comportamiento isótropo del material y, por tanto, el mismo comportamiento de expansión en todas las direcciones. El cálculo de la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad se basó en la Expansión volumétricaEl volumen de un gas, un sólido o un líquido cambia si cambian la temperatura, la presión o las fuerzas que actúan sobre ese gas/sólido/líquido. En el caso del análisis térmico, nos fijamos en los cambios dependientes de la temperatura.expansión volumétrica y en la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad aparente a temperatura ambiente de 10,216 g.cm-3. La DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad aparente a temperatura ambiente de 10,216 g.cm-3 es la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad aparente a temperatura ambiente. La DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad aparente a temperatura ambiente se determinó a partir del bloque de muestra suministrado originalmente midiendo la masa y el volumen.
La figura 3 muestra los valores de calor específico medidos con el calorímetro diferencial de barrido. De nuevo, ambas muestras se midieron dos veces en el horno de acero de baja temperatura (-125°C a 300°C) y en el horno de platino de alta temperatura (300°C a 1275°C). La desviación entre los resultados individuales fue de ±2,0% y, por tanto, estaba dentro de la incertidumbre declarada del instrumento empleado para las pruebas. Los valores muestran un fuerte aumento en función de la temperatura en el intervalo de baja temperatura. Este comportamiento puede esperarse según la conocida teoría de Debye [5]. A altas temperaturas, los valores aumentan de forma casi lineal. Esto concuerda perfectamente con la física del estado sólido (Regla de Dulong y Petit, [5]). No se detectaron transiciones solapadas ni otros efectos térmicos en este intervalo de temperaturas, lo que indica claramente que no se produce ningún cambio de fase en el material entre -125°C y 1275°C. Esto cumple la condición de material estándar, ya que no se producen cambios estructurales en el intervalo de temperaturas de interés.
La figura 4 muestra los resultados de las mediciones de la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica obtenidas con los distintos dispositivos de destello utilizados para las pruebas. Puede verse claramente que la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica disminuye en función de la temperatura. La disminución sigue el comportamiento T-1 por debajo de 600°C, dando lugar a una disminución casi lineal a temperaturas más altas. Este comportamiento es típico de los materiales predominantemente conductores de fonones, como los materiales cerámicos o de grafito. Por lo tanto, podría darse el caso de que la contribución de los electrones a la transferencia de calor sea small para este material metálico. La dispersión de la medición varía de una serie a otra y de una muestra a otra y, por lo general, se encuentra dentro de un margen de ±2%. Sólo a 1000°C se obtuvo una dispersión ligeramente superior (±3%). Una posible explicación podría ser la evaporación de óxidos de molibdeno en este intervalo de temperatura, que influye en la emisividad de las muestras y, por tanto, en la absorción de la luz láser y la emisión de luz infrarroja.
En la figura 5 se presentan los resultados de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica determinada multiplicando la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad, el calor específico y la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica medidos. Los datos de densidad por debajo de la temperatura ambiente y el calor específico por encima de 1275°C se determinaron mediante una extrapolación lineal de los datos medidos. Puede verse claramente que la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica sigue la dependencia de la temperatura de la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica. También se realizó una comparación con los valores de la bibliografía [6]. Suponiendo una precisión del 5% de los valores de la bibliografía y una incertidumbre del 3% de los valores basados en la medición, los resultados concuerdan muy bien.
Conclusión
Se midieron varias propiedades termofísicas (expansión térmica, cambio de densidad, calor específico, Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica, Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica) en molibdeno de gran pureza. La comparación con los valores de la bibliografía indicó la calidad de los resultados de las mediciones y la fiabilidad del material. De los resultados de los ensayos se desprende que el molibdeno puro podría ser un candidato razonable para ser utilizado como material patrón hasta temperaturas elevadas superiores a 1200°C. Puede utilizarse como patrón de calibración para diversas propiedades termofísicas. Sería conveniente realizar más pruebas en distintos laboratorios e institutos de ensayo para demostrar la capacidad del material.