Johdanto
Laser- ja valosalamajärjestelmien (LFA) käyttö lämpödiffuusiokyvyn määrittämiseen on vakiintunut erityisesti lämpöfysikaalisten ominaisuuksien testauksen alalla. Uusien materiaalien tai elektroniikkakomponenttien kehittämiseen liittyy myös perinteisten LFA-järjestelmien parantaminen. LFA 467 HT HyperFlash on suunniteltu vastaamaan sekä tieteen että teollisten sovellusten kehityssuuntauksista johtuviin vaatimuksiin. Erilaisia uusia ominaisuuksia - kuten salamasovellukset yli 1250 °C:n lämpötilaan, ZoomOptics , ultranopea näytteenottotaajuus (2 MHz), lyhyt pulssinleveys (< 20 μs) jne. - vastaavat uusimpien sovellusten, kuten ohuiden ja hyvin johtavien materiaalien (ohutkalvojen), vaatimuksia.
Lisäksi tavanomaiset LFA-järjestelmät löytävät tiensä kaikenlaisiin laboratorioihin tutkimus- ja kehitystoiminnasta laadunvarmistukseen. Tämän tekniikan laajamittainen käyttö edellyttää lisäominaisuuksia, joilla voidaan ratkaista käytännöllisyyskysymyksiä. Suuren tarkkuuden ja small jalanjäljen lisäksi tarvitaan usein myös suurta näytteiden läpimenoa. Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä automaattista näytteenvaihtolaitetta tai nopeaa uunia tai näiden yhdistelmää.
LFA 467 HyperFlash® tarjoaa tällaisen yhdistelmän neljän yksittäisen nopeasti reagoivan miniputkiuunin muodossa yhteensä neljälle näytteelle (kuva 2). Nämä on sijoitettu neliöön samalle tasolle, ja niille on ominaista ylivoimainen stabilointikäyttäytyminen. Jokaisessa miniputkiuunissa on oma termoelementti; tämä rakenne tarjoaa homogeenisen lämpötilajakauman kaikissa näytteissä, mikä on eduksi ominaislämmön (Ominaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp) määrittämisessä. Lisäksi ympäröivä alue on vesijäähdytetty, ja koko uunijärjestelmän lämpömassa on pieni. Näiden erityispiirteiden yhdistelmä takaa suuren näytteiden läpimenon ja on myös edellytys lyhyille mittausajoille.
Mittausolosuhteet ja tulokset
- Näyte: Pyrokeraami (Ø 12,7 mm; 2,5 mm paksu)
- T-alue: 25 °C → 1000 °C → 30 °C K:n askelin
- Lämmitysnopeus: 50 K/min (suurin lämmitysnopeus)
- Atmosfääri: Argon
- Laukaukset: 1 laukaus lämpötilavaihetta kohti
- Stabiilisuuskriteerit: 0.3 K/20 s
- ΔT: 3 K
Seuraava esimerkki osoittaa LFA 467 HT HyperFlash -järjestelmän edut verrattuna LFA-järjestelmiin, joissa on perinteinen ilmajäähdytteinen uuni.
Kuvassa 3 esitetty vertailu osoittaa selvästi, että vesijäähdytyksellä varustetun nopean miniputkiuunin stabilointiaika on lähes kolme kertaa nopeampi. Tämä kulkee käsi kädessä suuremman näytteenkäsittelyn kanssa. Kuudessa tunnissa LFA 467 HT HyperFlash® pystyy mittaamaan 12 näytettä (neljä näytettä samanaikaisesti) jopa 1000 °C:n lämpötilassa. Tavanomaisilla ilmajäähdytyksellä varustetuilla LFA-järjestelmillä - jopa niillä, joissa on suuremmat ASC-ominaisuudet - on vaikeuksia saavuttaa näin suuri läpimeno, koska niiden stabilointikäyttäytyminen on heikkoa.
Kuvassa 4 on esitetty LFA 467 HT HyperFlash -järjestelmän erittäin nopea vakautumisaika verrattuna perinteiseen järjestelmään. Kun käytetään suurinta lämmitysnopeutta 50 K/min ensimmäiseen 100 °C:n lämpötilavaiheeseen asti, ensimmäinen laukaus voidaan suorittaa 8 minuutissa. Toisin kuin tavanomaisessa ilmajäähdytteisessä uunissa, 4-miniputkisen uunijärjestelmän pienen lämpömassan ansiosta uunissa ei tapahdu ylikuumenemista ja vakautumisaika on erittäin lyhyt. Pyroceramilla eri lämmitysnopeuksilla tehdyillä mittauksilla saatujen lämpödiffuusiotulosten vertailu osoittaa, että saavutetaan hyvä toistettavuus - jopa silloin, kun käytetään suurinta lämmitysnopeutta 50 K/min (kuva 5).
Nopean 4-miniputkisen uunijärjestelmän alhainen vakautumisaika ja siitä johtuva mahdollisuus käyttää LFA-ruiskuja ilman taukoja mahdollistavat erittäin nopeat testausajat. Kuvassa 6 esitetään lämpöhajoamistulokset ajan funktiona. Lämmitysnopeudella 50 K/min mittaus saatiin päätökseen vain 60 minuutin kuluttua, kun taas lämmitysnopeudella 10 K/min testausaika nousi 170 minuuttiin.
Päätelmä
LFA 467 HT HyperFlash -laitteen miniputkiuuneissa on erinomainen vakautumisaika, mikä mahdollistaa mittaukset nopeutetussa tahdissa. Tämä tekee 4-miniputkiuunista nopean järjestelmän, jota voidaan käyttää suurimmilla lämmitysnopeuksilla ilman, että toistettavuus ja tarkkuus heikkenevät. Korkea testausnopeus mahdollistaa jopa nopeamman läpimenon kuin järjestelmät, joissa on automaattiset näytteenvaihtimet yli 4 näytettä varten.