15.09.2022 by Aileen Sammler
60 vuotta NETZSCH-Gerätebau: Uusien laser-salamalaitteiden kehittäminen
Viime viikolla opit NETZSCH historiasta.Laser/Light Flash -analysaattorit, jotka tunnetaan lyhyesti LFA-laitteina. Tänään kerromme lasersalamalaitteiden jatkokehityksestä ja paljastamme, mitä toimitusjohtajamme tohtori Jürgen Blumm tutki väitöskirjassaan LFA:han liittyen.
Uusi matalan lämpötilan laser-salamalaite
Miten kodin lämmityksen/jäähdytyksen energiantarve muuttuu erilaisten ulkolämpötilojen seurauksena tai miten satelliitin lämpötilajakauma näyttää ulkoavaruuden olosuhteissa? Tällaisiin kysymyksiin vastaamiseksi tarvittiin mittauslaite, joka pystyy toimimaan myös huoneenlämpötilan alapuolella.
NETZSCH siksi kehitettiin vuonna 1997 matalien lämpötilojen alueelle LFA 427, jolla pystyttiin mittaamaan materiaalien lämpödiffuusiokykyä -40 °C:n ja 200 °C:n välillä. Laitetta käytettiin muun muassa rakennusmateriaaleissa, muoveissa sekä lento- ja avaruusmatkustuksessa käytettävissä materiaaleissa. Tämän LFA-laitteen erityispiirteitä olivat putkiuuni, jossa oli bifilaarinen lämmityskierukka ja jäähdytysvaippa, sekä pyöreä jäähdytysjärjestelmä huoneenlämpötilan alapuolisia lämpötiloja varten.
Laser Flash -analyysi osana toimitusjohtajamme Dr. Jürgen Blummin väitöskirjaa
Vuonna 1995 Jürgen Blumm aloitti uransa sovelluslaboratoriossa. Hän teki sintrauksen optimointia koskevan tutkimusprojektin yhteistyössä Würzburgin Julius-Maximilian yliopiston kanssa ja väitteli vuonna 2003 aiheesta "Thermal Characterization of High-Performance Ceramics before, during and after the Sintering Process". Mittausmenetelmät, joita laajennettiin ja yhdistettiin hänen väitöskirjansa puitteissa, toivat täysin uuden lähestymistavan sintrausprosessin analysointiin. Kineettiset simulointilaskelmat vaikuttivat ratkaisevasti keraamisten materiaalien sintrausprosessin optimointiin. Jürgen Blumm oli yksi ensimmäisistä, joka tutki monivaiheisen sintrauksen kinetiikkaa. Hän käytti Laser Flash -menetelmää lämpötilan diffuusiokyvyn tutkimiseen:
Katso tästä ote Jürgen Blummin väitöskirjasta:
“Mittaamalla lämpödiffuusiokykyä lasersalamamenettelyn mukaisesti voitiin määrittää faasimuutosten vaikutus kuljetusominaisuuksiin. Tämä kosketukseton ja rikkomukseton mittausmenetelmä mahdollisti mittaukset myös sintrausalueella. Kirjallisuudesta tunnettujen ja tämän työn puitteissa kehitettyjen nykyisten arviointimenetelmien käyttö mahdollisti huomattavasti tarkempien tulosten saamisen. Kaikkien mittausten yhdistelmä mahdollisti keraamisten materiaalien lämmönjohtavuuden määrittämisen ennen sintrausprosessia, sen aikana ja sen jälkeen simulointilaskelmien edellyttämällä tarkkuudella.
Mitattujen lämpöfysikaalisten tietojen perusteella suoritettiin äärellisten elementtien simulointi, jonka avulla saadaan käsitys lämpötilajakaumasta keraamisen sintrauskappaleen sisällä lämpökäsittelyn aikana. Ennen kaikkea lämpötilasta riippuvat mittamuutokset ja lämpödiffuusiokyky huomioon ottamalla voitiin taata erittäin tarkat simuloinnit korkeissa lämpötiloissa. Parantamalla olemassa olevia arviointirutiineja ja käyttämällä uusimpia arviointimenettelyjä voitiin saavuttaa suurempi tarkkuus mittaustiedoilla ja ymmärtää paremmin sintrauksen aikana tapahtuvia prosesseja.
Tämän työn puitteissa laajennetut ja/tai yhdistetyt mittausmenettelyt mahdollistavat uudenlaisen lähestymistavan sintrausprosessin analysointiin. Mittaustulosten perusteella tehtyjen simulointilaskelmien avulla voidaan optimoida prosessinohjausta keraamisten materiaalien sintrauksen aikana. Lisäksi keraamisen materiaalin lähes täydellisen termisen karakterisoinnin avulla valmistusprosessin aikana on mahdollista mukauttaa komponentin termofysikaaliset ominaisuudet sen myöhempää käyttötarkoitusta vastaaviksi.”
NanoFlashja MicroFlash®® näkyvät
Pystyäkseen kattamaan entistä laajemmat käyttäjämarkkinat NETZSCH laajensi tuotevalikoimaansa 2000-luvun alussa ja osti yhdysvaltalaisen Holometrix-Micromet-yrityksen, joka oli tuottanut sekä lämpövirtausmittarisarjaa että small LFA:ta. Jo vuonna 2002 lanseerattiin ensimmäinen NETZSCH LFA-pöytälaite: LFA 447 NanoFlash. Sitä käytettiin erityisesti perustutkimuksessa ja laadunvalvonnassa. LFA 457 MicroFlash®® tuotiin markkinoille toinen LFA-pöytälaite, jossa oli kattavia teknisiä ja rakennekohtaisia innovaatioita. LFA 457 MicroFlash®® -laitteessa oli sekä uutta elektroniikkaa että erilaisia uuneja, jotka mahdollistivat mittaukset lämpötila-alueella -125 °C:sta 1100 °C:seen. Kaikki LFA-järjestelmät olivat ASTM E1461 -standardin mukaisia.
Klikkaa tästä lukeaksesi tohtori Jürgen Blumin ja Stephan Knappen LFA 447 NanoFlash-laitteesta laatiman teknisen artikkelin "From Light Flash to Heat Transfer of Polymers":
Ensimmäinen LFA, jossa on ksenonvalonlähde jopa 1250 °C:n lämpötilaan asti
Vuonna 2013 lanseerattiin menestyksekkäästi uusi laser/valosalamalaitteen malli LFA 467 HyperFlash®®. Tämä valosalamalaitteisto loi perustan uudelle korkean lämpötilan laitteistolle LFA 467 HT HyperFlash®, jolla oli vihdoin mahdollista suorittaa mittauksia ksenonvalosalamalampulla jopa 1250 °C:n lämpötilaan asti. Korkean lämpötilan version tilantarve pysyi samana kuin matalan lämpötilan version. Lisäksi valonlähde erottuu edukseen pitkän käyttöiän ansiosta, eikä sitä tarvitse luokitella laserluokkaan.
Klikkaa tästä lukeaksesi OnSet-asiakaslehden artikkelin vuodelta 2015, jossa esiteltiin tuolloin uusi LFA 467 HT HyperFlash®:
Markkinajohtaja lämmönjohtavuuden ja lämpödiffuusiokyvyn määrityksessä
NETZSCH-Gerätebau GmbH tarjoaa nykyään kolme LFA-mallia, jotka kattavat laajan materiaalivalikoiman laajalla lämpötila-alueella. NETZSCH LFA-järjestelmät täyttävät asiaankuuluvat laite- ja sovellusstandardit, kuten ASTM E1461 ja DIN EN 821.
