07.09.2022 by Aileen Sammler
60 años de NETZSCH-Gerätebau: La historia de los aparatos de destello láser
Desde principios de año, en NETZSCH-Gerätebau GmbH celebramos el 60 aniversario de nuestra empresa. En el marco de este aniversario, cada mes presentamos uno de nuestros instrumentos analíticos y destacamos su evolución a lo largo de las décadas. Dedicaremos el mes de septiembre alAnalizadores de flash láser/luminosoconocidos abreviadamente como ALF.
La conductividad y la difusividad térmicas se encuentran entre los parámetros termofísicos más importantes de los materiales para describir las propiedades de transporte de calor de un material o componente. Para la medición precisa 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, el Laser/Light Flash Apparatur (LFA) se ha diferenciado por su tecnología multifacética y precisa: La cara frontal de una muestra delgada en forma de disco se calienta con un breve pulso de láser o de luz. Con un detector de infrarrojos, se mide el curso temporal del aumento de temperatura resultante en la superficie posterior de la muestra. A partir de este curso, puede determinarse 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.
El método láser o de flash de luz se remonta a los estudios de Parker et al. en el año 1961. Su cita de entonces saca a la luz las ventajas de este método: "La elegancia del método radica en que una medición de parámetros térmicos normalmente tediosa -como la temperatura absoluta y/o la cantidad de calor- se sustituye por una medición más precisa, directa y rápida del tiempo y del aumento relativo de la temperatura." [Parker et al (1961)]
Acuerdo de colaboración con el Centro de Investigación Nuclear de Karlsruhe
La medición 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 en función de la temperatura fue adquiriendo cada vez más importancia ya en la década de 1980. Si se conoce 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 de un material o componente, se puede calcular 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, siempre que se conozcan el espesor y el calor específico. Esta determinación 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, sobre todo en función de la temperatura, fue importante porque fue lo que primero permitió calcular el dimensionamiento de sistemas constructivos para ordenadores, cámaras de reacción en la producción química, motores de aviones, mecanismos de accionamiento, etc. También para la tecnología de la fundición de metales, 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 desempeñando un papel importante.
En aquella época, todos los instrumentos existentes eran sistemas abiertos; es decir, el láser se colocaba frei. El sistema estaba dispuesto horizontalmente, por lo que las muestras debían introducirse verticalmente. Por tanto, era imprescindible disponer de espacios de protección y gafas láser.
Llega al mercado el primer sistema cerrado
Así fue como, en octubre de 1989, se firmó un acuerdo de colaboración entre el Departamento de Coordinación de "Transferencia de Tecnología" del Centro de Investigación Nuclear de Karlsruhe, LLC y NETZSCH-Gerätebau, para desarrollar conjuntamente un nuevo aparato para determinar 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 -conocido como Laser Flash Apparatus-. El Instituto de Investigación de Materiales del Centro de Investigación Nuclear disponía de los conocimientos técnicos necesarios sobre esta tecnología de medición y, en particular, también en el ámbito de los sensores y los láseres; NETZSCH-Gerätebau contaba con las capacidades necesarias en materia de ingeniería de precisión, tecnología de regulación, control y medición, y construcción de hornos.
Este conjunto de conocimientos y 30 años de experiencia dieron como resultado el primer aparato cerrado de flash láser, el LFA 427, que salió al mercado en 1992, tras un breve periodo de desarrollo de tres años.
Cubría una gama de temperaturas de 20°C a 2000°C.
El instrumento completo consistía principalmente en un soporte para muestras, un sistema de horno con una cámara interna que se podía evacuar, un láser que funcionaba en modo de impulsos, un sistema de sensores de temperatura y la electrónica correspondiente para la regulación, la alimentación y el registro de datos. Un PC -rápido para su época- procesaba los datos y proporcionaba una útil representación gráfica. El LFA 427 fue un nuevo y brillante desarrollo que llegó por primera vez al mercado mundial como un sistema totalmente cerrado y que sigue teniendo mucho éxito hoy en día.
A partir de entonces, fue posible montar aparatos en el laboratorio sin necesidad de medidas de protección contra la luz láser. Incluso la disposición de las muestras se simplificó considerablemente: Como ahora el láser se disponía verticalmente, la muestra podía colocarse simplemente encima, lo que también suponía una menor pérdida de calor para el soporte.
Ludwig Hagemann, que hoy tiene 85 años, se desvivió hace poco por activar un viejo portátil DELL con Windows ME 2000 y una disquetera, y le instaló Harvard Graphics 3.0 con CorelDRAW 4 y WORD 97, para recrear los archivos de los antiguos folletos de LFA. El Sr. Hagemann trabajó de 1991 a 1999 como especialista en aplicaciones en NETZSCH, antes de pasar a su merecida jubilación. El ALF era su "bebé". Muchas gracias al Sr. Hagemann, que nos ha proporcionado unos materiales históricos muy apreciados.
El ALF en la investigación nuclear
Los aparatos de destello láser se empleaban y se siguen empleando en ámbitos como la investigación nuclear, ya que aquí especialmente el conocimiento de las propiedades térmicas de los materiales utilizados es un factor de seguridad esencial.
Reuniones de usuarios del ALF
En los años 1995, 1997 y 1999 se celebraron las primeras reuniones de usuarios del LFA; en ellas, expertos de campo se reunieron con expertos de NETZSCH para debatir ejemplos de aplicación y los últimos avances, así como para familiarizarse con los nuevos accesorios. Estas reuniones de usuarios fueron dirigidas por el entonces director de nuestro laboratorio, el Dr. Jack Henderson.
La próxima semana, conocerá el desarrollo del aparato de flash láser de baja temperatura, los nuevos productos NanoFlash y MicroFlash®®, así como el primer LFA con fuente de luz de xenón a 1250°C. ¡Permanezca atento!